Arizona Üniversitesi gökbilimcileri, James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak erken evrenden 3 milyon ışıkyılı uzunluğunda bir galaktik lif belirlediler. Çalışma ayrıca sekiz kuasar ve bunların yıldız oluşumu üzerindeki etkilerini inceleyerek süper kütleli kara deliklerin oluşumu ve büyümesi hakkında fikir verdi. (Kozmik web sanatçısının konsepti.)
Erken evrende sıralanmış bir dizi gökada, evrenin temel mimarisi hakkında ipuçlarını ve soruları ortaya çıkarır.
Arizona Üniversitesi gökbilimcilerinin liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak, Büyük Patlama’dan sadece 830 milyon yıl sonra var olan 10 gökadadan oluşan ipliksi bir düzenleme keşfetti.
Şu şekilde sıralanmış Görünmez bir ipteki inciler, 3 milyon ışıkyılı uzunluğundaki yapı, merkezinde aktif, süper kütleli bir kara delik bulunan bir galaksi olan parlak bir kuasar tarafından demirlendi. Ekip, filamanın eninde sonunda “yakındaki” evrendeki iyi bilinen Koma Kümesi gibi devasa bir gökada kümesine dönüşeceğine inanıyor. Sonuçlar, The Astrophysical Journal Letters’da iki makale halinde yayınlandı.
UArizona Steward Gözlemevi’nde yardımcı araştırma profesörü ve ilk makalenin baş yazarı olan Feige Wang, “Bu, insanların uzaktaki bir kuasarla ilişkili bulduğu en eski ipliksi yapılardan biri” dedi. Wang, bu türden bir yapının evrende bu kadar erken bir zamanda ve 3 boyutlu ayrıntılarla ilk kez gözlemlendiğini ekledi.
Webb’in NIRCam’inden (Yakın Kızılötesi Kamera) alınan bu derin gökada alanı, diyagonal, iplik benzeri bir çizgide sekiz beyaz daireyle işaretlenmiş 10 uzak gökada düzenini gösteriyor. (Çemberlerden ikisi birden fazla gökada içerir.) Bu 3 milyon ışıkyılı uzunluğundaki iplikçik, çok uzak ve parlak bir kuasar tarafından sabitlenmiştir – çekirdeğinde aktif, süper kütleli bir kara delik bulunan bir gökada. J0305-3150 olarak adlandırılan kuasar, görüntünün sağ tarafında üç daireden oluşan kümenin ortasında beliriyor. Parlaklığı, ev sahibi galaksisini gölgede bırakır. İşaretli 10 galaksi, büyük patlamadan sadece 830 milyon yıl sonra var oldu. Ekip, filamanın sonunda devasa bir gökada kümesine dönüşeceğine inanıyor. Kredi: NASA, ESA, CSA, Feige Wang (Arizona Üniversitesi), Görüntü İşleme: Joseph DePasquale (STScI)
Galaksiler evrene rastgele dağılmamıştır. Sadece kümeler halinde bir araya gelmekle kalmazlar, aynı zamanda aralarında devasa çorak boşluklarla ayrılmış, birbirine bağlı geniş lifli yapılar oluştururlar. Bu “kozmik ağ” zayıf başladı ve yerçekimi maddeyi birbirine çektiği için zamanla daha belirgin hale geldi.
Geniş karanlık madde “okyanuslarında” gömülü olan galaksiler, karanlık ve normal maddenin çevrelerinden daha yoğun olan yerel parçalar halinde biriktiği yerlerde oluşur. Regent’in Steward’da Astronomi Profesörü ve her iki yayının ortak yazarı Xiaohui Fan, okyanustaki dalga tepelerine benzer şekilde, galaksilerin iplikçikler olarak bilinen sürekli karanlık madde dizileri üzerinde ilerlediğini açıkladı. Yeni keşfedilen iplikçik, kozmosun şu anki yaşının sadece %6’sında olduğu bir dönemde böyle bir yapının ilk kez gözlemlendiğini gösteriyor.
Fan, “Bu iplikçik ne kadar uzun ve ne kadar dar olduğuna şaşırdım,” dedi. “Bir şey bulmayı bekliyordum ama bu kadar uzun, belirgin şekilde ince bir yapı beklemiyordum.”
Bu keşif, Wang’ın baş araştırmacı olduğu, UArizona araştırmacıları tarafından yönetilen büyük bir uluslararası işbirliği olan ASPIRE projesinin bir parçası olarak yapıldı. Yeniden İyonizasyon Çağında önyargılı halelerin SPektroskopik araştırması anlamına gelen ASPIRE’nin ana amacı, en eski kara deliklerin kozmik ortamlarını incelemektir. Program, Yeniden İyonlaşma Çağı olarak bilinen Büyük Patlama’dan sonraki ilk milyar yıl içinde var olan 25 kuasar gözlemleyecek.
(İnfografiklerin tamamını görmek için resme tıklayın.) 13 milyar yıldan daha uzun bir süre önce, Yeniden İyonlaşma Çağı sırasında evren çok farklı bir yerdi.Evrenin tamamen iyonlaşmasına veya şeffaf olmasına, sonunda bugün evrenin büyük bölümünde tespit edilen “berrak” koşullara yol açmasına ne izin verdi? James Webb Uzay Teleskobu, evrenin tarihindeki bu büyük geçişi anlamamıza yardımcı olmak için Yeniden İyonlaşma Çağı sırasında var olan nesneler hakkında daha fazla bilgi toplamak için uzayın derinliklerine bakacak. Kredi: NASA, ESA ve J. Kang (STScI)
Santa Barbara’daki California Üniversitesi’nden ekip üyesi Joseph Hennawi, “Son yirmi yıllık kozmoloji araştırmaları, bize kozmik ağın nasıl oluştuğu ve geliştiği konusunda sağlam bir anlayış sağladı” dedi. “ASPIRE, en eski devasa karadeliklerin ortaya çıkışını, kozmik yapı oluşumuyla ilgili mevcut hikayemize nasıl yerleştireceğimizi anlamayı amaçlıyor.”
Değişim Rüzgarları
Çalışmanın başka bir bölümü, genç evrendeki sekiz kuasarın özelliklerini araştırıyor. Ekip, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra var olan merkezi kara deliklerin, kütlelerinin güneş kütlesinin 600 milyon ila 2 milyar katı arasında değiştiğini doğruladı. Astronomlar, bu kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüyebileceğini açıklamak için kanıt aramaya devam ediyor.
Bu kadar kısa sürede bu süper kütleli kara delikleri oluşturmak için iki kriterin karşılanması gerekiyor, dedi Wang.
“Öncelikle, büyük bir ‘tohum’ kara delikten büyümeye başlamanız gerekiyor,” diye açıkladı. “İki, bu tohum bin güneşe eşdeğer bir kütle ile başlasa bile, görece kısa bir süre içinde mümkün olan en yüksek oranda bir milyon kat daha fazla madde biriktirmesi gerekir, çünkü gözlemlerimiz onu henüz çok gençken yakaladı.”
Burada bir sanatçının çiziminde gösterilen kuasarlar, evrendeki en parlak nesnelerden bazılarıdır. Kuasarın süper kütleli karadeliği tarafından çevresindeki kütleyi yutarken salınan enerjinin, büyük kütleli galaksilerin büyümesini sınırlamada ana itici güç olduğu yaygın olarak kabul ediliyor. Kredi: STScI
“Bu benzeri görülmemiş gözlemler, kara deliklerin nasıl bir araya geldiğine dair önemli ipuçları sağlıyor. ASPIRE ile karadelik çalışmalarına liderlik eden ve ikinci yayının ilk yazarı olan Steward’da araştırma profesörü yardımcısı olan Jinyi Yang, “Bu kara deliklerin, büyümeleri için yakıt rezervuarı sağlayan büyük ve genç galaksilerde bulunduğunu öğrendik” dedi.
James Webb Uzay Teleskobu ayrıca, erken dönem süper kütleli kara deliklerin galaksilerindeki yıldız oluşumunu potansiyel olarak nasıl düzenlediğine dair şimdiye kadarki en iyi kanıtı sağladı. Süper kütleli karadelikler maddeyi bir araya getirirken, aynı zamanda muazzam miktarda malzeme akışına da güç sağlayabilirler. Bu “rüzgarlar” kara deliğin çok ötesine, galaktik ölçekte uzanabilir ve yıldızların oluşumu üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Yıldızlar, gaz ve tozun giderek daha yoğun bulutlar halinde çökmesiyle oluşur ve bu, gazın çok soğuk olmasını gerektirir. Yang, büyük miktarlarda enerji yayan kara deliklerden gelen güçlü rüzgarların bu süreci mahvedebileceğini ve böylece ev sahibi galaksideki yıldızların oluşumunu engelleyebileceğini açıkladı.
Yang, “Bu tür rüzgarlar yakın evrende gözlemlendi, ancak Evrenin bu kadar erken dönemlerinde, Yeniden İyonlaşma Çağında doğrudan gözlemlenmedi,” dedi. “Rüzgarın ölçeği, kuasarın yapısıyla ilgilidir. Webb gözlemlerinde, bu tür rüzgarların galaksinin tamamına yayılarak galaksinin evrimini etkilediğini görüyoruz.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için, bkz. NASA’nın Webb Telescope Illuminates Early Strands of the Cosmic Web.
Referanslar:
“Yeniden İyonlaşma Çağında Eğilimli Haloların Spektroskopik Araştırması (ASPIRE): JWST, z = 6.61 civarında bir Filament Yapısını Ortaya Çıkarıyor Quasar”, Feige Wang, Jinyi Yang, Joseph F. Hennawi, Xiaohui Fan, Fengwu Sun, Jaclyn B. Champagne, Tiago Costa, Melanie Habouzit, Ryan Endsley, Zihao Li, Xiaojing Lin, Romain A. Meyer, Jan–Torge Schindler, Yunjing Wu, Eduardo Bañados, Aaron J. Barth, Aklant K. Bhowmick, Rebekka Bieri, Laura Blecha, Sarah Bosman, Zheng Cai, Luis Colina, Thomas Connor, Frederick B. Davies, Roberto Decarli, Gisella De Rosa, Alyssa B. Drake, Eiichi Egami, Anna-Christina Eilers, Analis E. Evans, Emanuele Paolo Farina, Zoltan Haiman, Linhua Jiang, Xiangyu Jin, Hyunsung D. Jun, Koki Kakiichi, Yana Khusanova, Girish Kulkarni, Mingyu Li, Weizhe Liu, Federica Loiacono, Alessandro Lupi, Chiara Mazzucchelli, Masafusa Onoue, Maria A. Pudoka, Sofía Rojas-Ruiz, Yue Shen, Michael A. Strauss, Wei Leong Tee, Benny Trakhtenbrot, Maxime Trebitsch, Bram Venemans, Marta Volonteri, Fabian Walter, Zhang-Liang Xie, Minghao Yue, Haowen Zhang, Huanian Zhang ve Siwei Zou, 29 Haziran 2023, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/accd6f
“A SPectroscopic Survey of Biased Halos in the Reionization Era (ASPIRE): A First Look at the Rest-frame Optical Spectra of z > 6 .5 JWST Kullanan Kuasarlar”, Jinyi Yang, Feige Wang, Xiaohui Fan, Joseph F.Barth, Eduardo Bañados, Fengwu Sun, Weizhe Liu, Zheng Cai, Linhua Jiang, Zihao Li, Masafusa Onoue, Jan-Torge Schindler, Yue Shen, Yunjing Wu, Aklant K. Bhowmick, Rebekka Bieri, Laura Blecha, Sarah Bosman, Jaclyn B. Champagne B. Davies, Roberto Decarli, Gisella De Rosa, Alyssa B. Drake, Eiichi Egami, Anna-Christina Eilers, Analis E. Evans, Emmanuel Paolo Farina, Melanie Habouzit, Zoltan Haiman, Xiangyu Jin, Hyunsung D. Jun , Chiara Mazzucchelli, Zhiwei Pan, Sofia Rojas-Ruiz, Michael A. Strauss, Wei Leong Tee, Benny Trakhtenbrot, Maxime Trebitsch, Bram Venemans, Marianne Vestergaard, Marta Volonteri, Fabian Walter, Zhang-Liang Xie, Minghao Yue, Haowen Zhang, Huanian Zhang ve Siwei Zou 23, The Astrophysical Journal Letters.