Webb, açıklamaya meydan okuyan eski galaksileri keşfediyor

NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu Evrenin erken dönemlerindeki mevcut galaksiler ve büyük gezegen teorilerine meydan okuyan gizemli nesneleri ortaya çıkardı. Kara delik gelişim.

Bu nesneler, beklenenden çok daha büyük olan eski yıldızları ve devasa kara delikleri içeriyor; bu da erken galaksi oluşumunun hızlı ve alışılmadık bir biçimine işaret ediyor. Sonuçlar, mevcut modellerle önemli farklılıkların altını çiziyor ve nesnelerin benzersiz özellikleri, karmaşık bir erken kozmik geçmişe işaret ediyor.

Evrenin başlangıcında inanılmaz bir keşif

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu tarafından yakın zamanda yapılan bir keşif, evrenin erken dönemlerinde daha önce tespit edilen son derece kırmızı parlak nesnelerin, galaksilerin ve süper kütleli kara deliklerin kökenleri ve evrimi hakkında uzun süredir kabul gören fikirlere meydan okuduğunu doğruladı.

Penn State’ten araştırmacıların önderlik ettiği ve RUBIES araştırmasının bir parçası olarak JWST üzerindeki NIRSpec cihazını kullanan uluslararası ekip, 600-800 milyon yıl öncesine ait üç gizemli nesne tespit etti. büyük patlamaEvrenin şimdiki yaşının yalnızca %5’i olduğu bir zamanda. Keşfi 27 Haziran’da dergide duyurdular Astrofizik Günlük Mektupları.

Bilim insanları spektroskopik ölçümleri veya nesnelerin yaydığı ışığın farklı dalga boylarının yoğunluğunu analiz etti. Analizleri, genç bir evrende beklenenden çok daha yaşlı, yüz milyonlarca yıllık “eski” yıldızların izlerini buldu.

James Webb Uzay Teleskobu (JWST), evrenin uzak geçmişine bir pencere açarak, evrenin 13,5 milyar yıldan daha uzun bir süre önce oluşan ilk galaksilerinin ve yıldızlarının görüntülerini yakalıyor. Resim kredisi: NASA-Goddard Uzay Bilimleri Merkezi, Adriana M. Gutierrez (CI Laboratuvarı)

Galaktik evrimde beklenmedik keşifler

Araştırmacılar aynı nesnelerde, galaksimizdeki süper kütleli kara delikten 100 ila 1000 kat daha büyük olduğunu tahmin ettikleri süper kütleli kara deliklerin işaretlerini keşfettiklerinde de şaşırdıklarını söyledi. SamanyoluEvrenin milyarlarca yıllık tarihinde galaksilerin ve onların kara deliklerinin birlikte büyüdüğünü öngören mevcut galaksi büyümesi ve süper kütleli kara delik oluşumu modellerinde bunların hiçbirinin gerçekleşmesi beklenmiyor.

Penn State’de doktora sonrası araştırmacı ve başyazar Bingyi Wang, “Bu nesnelerin, yalnızca 600-800 milyon yıllık bir evrende, yüz milyonlarca yıllık eski yıldızlarla dolu göründüğünü doğruladık” dedi. Çalışma “Bu nesneler antik yıldız ışığının en eski imzalarının kaydını tutuyor.” “Bu kadar genç bir evrende antik yıldızların bulunması tamamen beklenmedik bir durumdu. Kozmoloji ve galaksi oluşumuna ilişkin standart modeller inanılmaz derecede başarılı oldu, ancak bu parlak nesneler bu teorilere pek uymuyor.”

Araştırmacılar devasa nesneleri ilk olarak Temmuz 2022’de JWST’nin ilk veri kümesi yayınlandığında keşfettiler. Ekip bir araştırma makalesi yayınladı. doğa Birkaç ay sonra bu şeylerin varlığı açıklandı.

Kozmik gözlemdeki zorluklar

O zamanlar araştırmacılar bu nesnelerin galaksi olduğundan şüpheleniyorlardı, ancak analizlerini nesnelerin gerçek mesafelerini ve devasa ışıklarını besleyen kaynakları daha iyi anlamak için spektrumları alarak sürdürdüler.

Araştırmacılar daha sonra galaksilerin neye benzediğine ve içlerinde ne olduğuna dair daha net bir resim çizmek için yeni verileri kullandılar. Ekip bu galaksilerin aslında zamanın başlangıcına yakın galaksiler olduğunu doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda şaşırtıcı derecede büyük kara deliklerin ve şaşırtıcı derecede eski yıldız popülasyonunun kanıtlarını da buldu.

Penn State’de astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent olan ve iki makalenin ortak yazarı Joel Lyga, “Bu çok kafa karıştırıcı” dedi ve şöyle devam etti: “Bunu şu anki evren modelimize rahatsız edici bir şekilde uydurabilirsiniz, ancak yalnızca biraz kafa yorarsak. Zamanın başlangıcındaki çılgın hızlı, tuhaf oluşumlar Bu, hiç şüphesiz, kariyerimde gördüğüm en sıradışı ve ilginç nesne koleksiyonudur.”

James Webb Teleskobu, kozmik tozun içinden geçerek uzaydaki gizli yapıları tespit etmek için gelişmiş kızılötesi yeteneklerini kullanarak, Büyük Patlama’nın hemen ardından meydana gelen olayları gözlemlemek üzere tasarlandı. Telif Hakkı: Northrop Grumman

Antik galaktik yapıların sırları

James Webb Teleskobu, en eski yıldızların ve galaksilerin yaydığı ışığı tespit edebilen kızılötesi sensörlerle donatılmıştır. Lega, bu teleskopun bilim adamlarının geçmişte yaklaşık 13,5 milyar yıl önce, yani bildiğimiz şekliyle evrenin başlangıcına yakın bir yerde olup bitenleri görmelerine olanak sağladığını söyledi.

Antik ışığı analiz etmenin zorluklarından biri, ışığı yaymış olabilecek nesne türleri arasında ayrım yapmanın zor olabilmesidir. Bu erken dönem nesnelerin hem büyük kara deliklerin hem de eski yıldızların belirgin özelliklerine sahip oldukları görülüyor. Ancak Wang, gözlemlenen ışığın ne kadarının her birinden geldiğinin henüz belli olmadığını açıkladı; bu da bunların, bizim Samanyolumuzdan çok daha büyük kütleye sahip, modellerin öngördüğünden çok daha erken oluşmuş, beklenmedik derecede eski erken gökadalar olabileceği veya olabileceği anlamına geliyor. Daha doğal olarak büyük kütleli galaksiler, bugünkü galaksiden yaklaşık 100 ila 1000 kat daha büyük olan “süper kütleli” kara deliklere sahip olacaktır.

Wang, “Bir kara deliğe düşen maddenin yaydığı ışık ile bu küçük, uzaktaki nesnelerdeki yıldızların yaydığı ışık arasında ayrım yapmak çok zordur” dedi. “Mevcut veri setindeki farkı söyleyememek, çok fazla alan bırakıyor. Bu ilginç nesnelerin yorumlanması açıkçası “Bu gizemin çoğunun çözülmemiş olması heyecan verici.”

Açıklanamayan kütleleri ve yaşları bir yana, eğer ışığın bir kısmı süper kütleli kara deliklerden geliyorsa, bunlar sıradan süper kütleli kara delikler değildir. Beklenenden çok daha fazla morötesi foton üretiyorlar ve diğer cihazlarla incelenen benzer nesneler, sıcak toz ve parlak X-ışını emisyonu gibi süper kütleli kara deliklerin ayırt edici özelliklerinden yoksun. Ancak araştırmacıların söylediğine göre belki de en şaşırtıcı olan şey, bunun ne kadar büyük olduğudur.

Lyja, “Süper kütleli kara delikler genellikle galaksilerle ilişkilendirilir” dedi. “Birlikte büyüyorlar ve tüm önemli yaşam deneyimlerini birlikte yaşıyorlar. Ancak burada, bebek galaksi olması gereken bir şeyin içinde yaşayan, tamamen yetişkin bir kara delik var. pek mantıklı gelmiyor çünkü bunlar “Birlikte büyümeniz gerekiyor, ya da en azından biz öyle düşündük.”

Araştırmacılar aynı zamanda çapı yalnızca birkaç yüz ışıkyılı olan ve Samanyolu Gökadamızdan neredeyse bin kat daha küçük olan bu sistemlerin son derece küçük boyutları karşısında da şaşkınlığa uğradılar. Bu sistemlerdeki yıldızların sayısı, Samanyolu Galaksisi’ndeki yıldızların sayısıyla hemen hemen aynıdır – bu sistemlerdeki yıldızların sayısı on milyardan trilyona kadar değişir – ancak bunlar yaklaşık bin kat daha küçük bir hacimle sınırlıdır. Samanyolu Galaksisi’nden daha.

Leija, Samanyolu’nu alıp bulduğumuz galaksilerin boyutuna sıkıştırırsak, en yakın yıldızın yaklaşık olarak güneş sistemimizde yer alacağını açıkladı. Yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıktaki Samanyolu Galaksisi’nin merkezindeki süper kütleli kara delik ise Dünya’dan yalnızca 26 ışıkyılı uzaklıkta olacak ve gökyüzünde dev bir ışık sütunu olarak görülebilecek. .

Lyja, “Bu ilk galaksiler yıldızlarla doluydu; yıldızlar, onları görmeyi hiç beklemediğimiz bir dönemde, hiç beklemediğimiz koşullar altında, daha önce hiç görmediğimiz bir şekilde oluşmuş olmalı” dedi. Bazı nedenlerden dolayı evren yalnızca birkaç milyar yıl sonra bu tür şeyleri yapmayı bıraktı. “Erken evrende benzersizdir.”

Araştırmacılar, bazı nesnelerin gizemlerini açıklamaya yardımcı olabileceğini söyledikleri daha fazla gözlem yapmayı umuyorlar. Teleskobu uzun süre nesnelere doğrultarak daha derin spektrumlar almayı planlıyorlar; bu, her birinde mevcut olabilecek belirli soğurma imzalarını belirleyerek yıldızlardan ve olası bir süper kütleli kara delikten gelen emisyonların çözülmesine yardımcı olacak.

Lega, “Bir ilerleme kaydetmenin başka bir yolu var ve bu doğru fikir” dedi. “Bulmacanın tüm bu parçaları elimizde var ve bunları ancak bazılarının kırılabileceği gerçeğini göz ardı edersek çözebiliriz. Bu sorun, şimdiye kadar bizim, tüm meslektaşlarımızın ve tüm bilim dünyasının gözünden kaçan bir dahice çözümle çözülebilir. toplum.”

Referans: Bingjie Wang, 冰洁王, Joel Leja, Anna de Graaff, Gabriel B. Brammer, Andrea Weibel tarafından “RUBİLER: JWST/NIRSpec kullanılarak tanımlanan devasa aday galaksilerde z ∼ 7-8’de evrimleşmiş geniş oluşum geçmişlerine sahip yıldız kümeleri” , Pieter van Dokkum, Josephine F. W. Baggen, Katherine A. Suess, Jenny E. Greene, Rachel Bezanson, Nikko J. Cleri, Michaela Hirschmann, Ivo Labbé, Jorryt Matthee, Ian McConachie, Rohan P. Naidu, Erica Nelson, Pascal A. Oesch, David J. Setton ve Christina C. Williams, 26 Haziran 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7

Wang ve Lija, NASA’nın Kamu Gözlemcileri Programından fon aldı. Araştırma Bern’deki Uluslararası Uzay Bilimleri Enstitüsü tarafından da desteklendi. Çalışma kısmen NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, Avrupa Uzay Ajansı ve Kanada Uzay Ajansı kullanılarak yapılan gözlemlere dayanıyor. Araştırma için gerekli hesaplamalar Penn State Üniversitesi Bilgisayar ve Veri Bilimi Enstitüsü’nün Rohr süper bilgisayarında yapıldı.

Araştırmanın ortak yazarları arasında Almanya’daki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden Anna de Graaf; Kozmik Şafak Merkezi ve Niels Bohr Enstitüsü’nden Gabriel Brammer; Cenevre Üniversitesi’nden Andrea Fiebel ve Pascal Ochs; ve Cenevre Üniversitesi’nden Nico Cleary, Michaela Hirschmann, Peter van Dokkum ve Rohan Naidu. Yale Üniversitesi; Stanford Üniversitesi’nden Ivo Lappé; Jorrit Mathie ve Jenny Green Princeton ÜniversitesiPittsburgh Üniversitesi’nden Ian McConachie ve Rachel Bezanson; Texas A&M Üniversitesi’nden Josephine Baggin; İsviçre’deki Soverny Gözlemevi’nden Catherine Suss; MIT Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nden David Seaton; Colorado Üniversitesi’nden Erica Nelson; ve ABD Ulusal Bilim Vakfı’nın Ulusal Kızılötesi Optik Astronomi Araştırma Laboratuvarı ve Arizona Üniversitesi’nden Christina Williams.