Yeni doğmuş bir galaksi neye benziyor?
Uzun bir süre boyunca birçok astrofizikçi ve kozmolog, yeni doğmuş galaksilerin modern evrende tanıdık olan kürelere ve örümcek disklerine benzeyeceğini varsaydı.
Ancak James Webb Uzay Teleskobu'ndan alınan yeni görüntülerin analizine göre bebek galaksiler ne yumurta ne de diskti. Onlar muzdu. Veya salatalık, puro veya sörf tahtası; kendi metaforunuzu seçin. Bu, Webb'in zamanın başlangıcında gözlemlediği yaklaşık 4.000 yeni oluşmuş galaksinin görüntülerini yeniden inceleyen bir gökbilimci ekibinin ilk sonucu.
Columbia Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan Viraj Pandya, Hubble Uzay Teleskobu'na atıfta bulunarak, “Bu hem şaşırtıcı hem de beklenmedik bir sonuç, ancak Hubble'da bunun belirtileri zaten mevcuttu” dedi. Kendisi, Astrophysical Journal'da “Galaksiler Muza Gidiyor” kışkırtıcı başlığı altında çıkacak bir makalenin baş yazarıdır. Dr. Pandya'nın Çarşamba günü New Orleans'taki Amerikan Astronomi Topluluğu toplantısında çalışmaları hakkında bir konuşma yapması planlanıyor.
Eğer sonuç doğruysa gökbilimciler bunun galaksilerin nasıl oluştuğuna ve büyüdüğüne dair anlayışlarını temelden değiştirebileceğini söylüyor. Bu aynı zamanda, gökbilimcilerin evrenin büyük bir kısmını oluşturduğunu ve yeni galaksiler oluşurken atomik maddeden 5'e 1 oranında daha ağır bastığını söylediği, maddenin bilinmeyen ve görünmez bir biçimi olan karanlık maddenin gizemli doğasına dair bir anlayış da sağlayabilir.
Yeni makalenin yazarı ve Santa Cruz Kaliforniya Üniversitesi'nden gökbilimci Joel Primack, bulgunun, daha önceki Hubble teleskop gözlemlerinden elde edilen, en eski gökadaların salatalık şeklinde olduğuna dair kanıtlara dayandığını söyledi.
Bir e-postada, Carnegie Gözlemevi'nden Alan Dressler, Dr. Pandya'nın çalışması sonucu “önemli – bence önemli – eğer doğruysa son derece önemli” olarak tanımladı.
“Böyle bir ölçüm yapmanın zorluğu göz önüne alındığında, bu sonuca hala şüpheyle yaklaşıyorum” diye ekledi. “Özellikle uzak, küçük ve çok parlak olmayan galaksiler için (galaksilerden bahsediyorum).”
Dr. Pandya'nın ekibi, Hubble Teleskobu da dahil olmak üzere diğer birçok teleskop tarafından incelenen, Genişletilmiş Groth Şeridi adı verilen, gökyüzünün dolunaydan daha küçük bir bölümündeki galaksilerin görüntülerini analiz etti. Görüntüler, Kozmik Evrim Erken Yayın Bilimi (CEERS) araştırması adı verilen uluslararası bir işbirliğinin parçası olarak elde edildi.
Ekip, gözlemlerini kozmosun iyi çalışılmış diğer alanlarına genişletmeyi planlıyor. “Bu, gökyüzünde farklı 3 boyutlu şekillere sahip galaksileri tanımlamamıza olanak tanıyor” ve çok ihtiyaç duyulan takip spektroskopik gözlemlerini mümkün kılıyor, diye yazdı Dr. Pandya bir e-postada.
Galaksiler evrenin şehir devletleridir. Görünür evrende tahminen iki trilyon tane var ve her biri bir trilyona kadar yıldız içeriyor. Ancak görünen evren, orada olanın yalnızca bir kısmıdır. Evrendeki maddenin çoğu karanlık madde biçiminde görünüyor; Karanlık madde her ne ise, gördüğümüz evrenin görünmez kemiklerini oluşturur.
Gökbilimciler artık galaksilerin Büyük Patlama sırasında madde ve enerji yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalar sonucu oluştuğuna inanıyor. Uzay genişledikçe daha yoğun alanlar kaldı ve karanlık madde birikerek normal maddeyi de beraberinde sürükledi. Bu malzeme sonunda yeniden bir araya gelerek yıldızlar ve galaksiler halinde parladı veya kara deliklerde kayboldu. Webb Teleskobu bu biçimlendirici ve gizemli dönemi incelemek için tasarlandı. Devasa bir ayna ve kızılötesi sensörler kullanarak en uzak ve dolayısıyla en eski galaksileri görebilir.
Dr. Pandya ve meslektaşları gökadaların gökyüzündeki iki boyutlu izdüşümlerini istatistiksel olarak analiz ederek gökadaların üç boyutlu şekillerini incelediler. Bu ilk gökadalar uzayda rastgele yönlendirilmiş küreler veya diskler olsaydı, ara sıra tam yüzleri olan, yuvarlak ve dairesel görünen teleskoplar sunmaları gerekirdi.
Ancak gökbilimciler bunun çoğunu göremiyorlar. Bunun yerine çok sayıda puro ve muz görüyorlar.
“Baştan sona çok doğrusal görünüyorlar” dedi Dr. Pandya, “bir kolye üzerindeki boncuklar gibi düzenlenmiş çok sayıda parlak kümeyi gösteren bazı galaksiler var.”
Bu tür uzun galaksiler günümüzde nadirdir, ancak Büyük Patlama'dan yaklaşık 500 milyon yıl sonrasına tarihlenen CEERS örneğindeki galaksilerin yüzde 80'ini oluşturuyorlar.
“Kütleleri o kadar büyük ki Samanyolu gibi galaksilerin öncüleri olabilirler” dedi Dr. Pandya, “kendi galaksimizin geçmişte benzer bir morfolojik puro/sörf tahtası aşamasından geçmiş olabileceğini ima ediyor.”
Modern evrende galaksiler iki temel biçimde ortaya çıkıyor gibi görünüyor: eliptik bulutlar adı verilen özelliksiz, yuvarlak bulutlar ve Samanyolu'ndaki evimiz gibi düz, örümcek benzeri diskler.
Görünüşe göre ilk yeni doğanlar bu şekilde başlamamıştı. Gökbilimciler bunun nedeninin karanlık maddenin özellikleriyle ilgili olduğundan şüpheleniyor, ancak tam olarak ne veya nasıl olduğu belirsiz.
Önde gelen teori, karanlık maddenin Büyük Patlama'dan arta kalan egzotik atom altı parçacık bulutlarından oluşmasıdır. Bilgisayar simülasyonlarına göre, yerçekimi tarafından bu bulutlara çekilen sıradan maddeler yoğunlaşarak yıldızlara ve galaksilere dönüşecek.
Soğuk karanlık madde adı verilen popüler bir varyantta, bu artık parçacıklar protonlara, nötronlara ve kuantum atom dünyasının daha tanıdık sakinlerine kıyasla ağır ve yavaş olacaktır. Bilgisayar simülasyonları, soğuk karanlık maddenin kolaylıkla bir araya gelerek gökbilimcilerin gökyüzünde gördüğü büyük ölçekli desenleri oluşturabileceğini öne sürüyor.
Bu yavaş, ağır parçacıkların tanımlanması parçacık fiziği ve kozmoloji dünyasını sarsacaktır. Ancak şu ana kadar CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi laboratuvarlarda yapılan deneyler soğuk karanlık madde parçacıklarını tespit etmekte veya üretmekte başarısız oldu. Son zamanlarda ilgi, “karanlık” kuvvetler aracılığıyla birbirleriyle görünmez bir şekilde etkileşime giren “karanlık” parçacıklardan oluşan bir galerinin tamamı – “karanlık sektör” – dahil olmak üzere önerilen diğer karanlık madde biçimlerine kaydı.
Bu karışıma, teorik olarak son derece hafif olan ve parçacıklardan çok dalga gibi davranan eksenler de dahildir; halk arasında “bulanık karanlık madde” veya “dalgalı karanlık madde” olarak bilinir. Galaksi oluşumunun bilgisayar simülasyonlarında, bu tür dalgalar birbirine müdahale ederek, soğuk karanlık madde için öngörülen yuvarlak şekiller yerine yumrulu ipliksi yapılar üretebilir.
“Evet, karanlık madde bağlantısı cazip” dedi Dr. Pandya, şeytanın, türbülansın, sıcak gazın ve manyetik alanların yıldızları ve galaksileri parlatmak için nasıl etkileşime girdiğini anlatan “gastrofizik”in karmaşık ayrıntılarında olduğunu sözlerine ekledi.
Princeton'da şu anda Columbia Üniversitesi'ne bağlı astrofizik profesörü olan Jeremiah Ostriker, son yıllarda dikkatini bulanık karanlık maddeye çevirdi. 1973 yılında Doç. Ostriker, karanlık madde fikrini Princeton'lu meslektaşı James Peebles ile birlikte geliştirdi.
O ve diğerleri, bulanık karanlık maddenin bebek galaksilerin boyutu ve şekli üzerinde kendi izlerini bırakacağına dikkat çekti. Axionlar, doğal dalgalılıkları nedeniyle soğuk karanlık madde kadar etkili bir şekilde topaklanamayacak ve bu da onların bir milyar güneş kütlesinden daha küçük bebek galaksiler yaratmasını zorlaştıracaktır. Soğuk karanlık madde için böyle bir kısıtlama yoktur. Ancak günümüzün teleskopları bu tür bebekleri gözlemleyecek kadar hassas değil. Görevi tamamlamak için yeni nesil daha da büyük cihazlar gerekebilir.
Dr. Ostriker, Dr. Pandya'nın çalışmalarını öğrenince bulanık karanlık maddeye dair umutların giderek arttığını fark etti. “Devam et” dedi.
Uzun bir süre boyunca birçok astrofizikçi ve kozmolog, yeni doğmuş galaksilerin modern evrende tanıdık olan kürelere ve örümcek disklerine benzeyeceğini varsaydı.
Ancak James Webb Uzay Teleskobu'ndan alınan yeni görüntülerin analizine göre bebek galaksiler ne yumurta ne de diskti. Onlar muzdu. Veya salatalık, puro veya sörf tahtası; kendi metaforunuzu seçin. Bu, Webb'in zamanın başlangıcında gözlemlediği yaklaşık 4.000 yeni oluşmuş galaksinin görüntülerini yeniden inceleyen bir gökbilimci ekibinin ilk sonucu.
Columbia Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan Viraj Pandya, Hubble Uzay Teleskobu'na atıfta bulunarak, “Bu hem şaşırtıcı hem de beklenmedik bir sonuç, ancak Hubble'da bunun belirtileri zaten mevcuttu” dedi. Kendisi, Astrophysical Journal'da “Galaksiler Muza Gidiyor” kışkırtıcı başlığı altında çıkacak bir makalenin baş yazarıdır. Dr. Pandya'nın Çarşamba günü New Orleans'taki Amerikan Astronomi Topluluğu toplantısında çalışmaları hakkında bir konuşma yapması planlanıyor.
Eğer sonuç doğruysa gökbilimciler bunun galaksilerin nasıl oluştuğuna ve büyüdüğüne dair anlayışlarını temelden değiştirebileceğini söylüyor. Bu aynı zamanda, gökbilimcilerin evrenin büyük bir kısmını oluşturduğunu ve yeni galaksiler oluşurken atomik maddeden 5'e 1 oranında daha ağır bastığını söylediği, maddenin bilinmeyen ve görünmez bir biçimi olan karanlık maddenin gizemli doğasına dair bir anlayış da sağlayabilir.
Yeni makalenin yazarı ve Santa Cruz Kaliforniya Üniversitesi'nden gökbilimci Joel Primack, bulgunun, daha önceki Hubble teleskop gözlemlerinden elde edilen, en eski gökadaların salatalık şeklinde olduğuna dair kanıtlara dayandığını söyledi.
Bir e-postada, Carnegie Gözlemevi'nden Alan Dressler, Dr. Pandya'nın çalışması sonucu “önemli – bence önemli – eğer doğruysa son derece önemli” olarak tanımladı.
“Böyle bir ölçüm yapmanın zorluğu göz önüne alındığında, bu sonuca hala şüpheyle yaklaşıyorum” diye ekledi. “Özellikle uzak, küçük ve çok parlak olmayan galaksiler için (galaksilerden bahsediyorum).”
Dr. Pandya'nın ekibi, Hubble Teleskobu da dahil olmak üzere diğer birçok teleskop tarafından incelenen, Genişletilmiş Groth Şeridi adı verilen, gökyüzünün dolunaydan daha küçük bir bölümündeki galaksilerin görüntülerini analiz etti. Görüntüler, Kozmik Evrim Erken Yayın Bilimi (CEERS) araştırması adı verilen uluslararası bir işbirliğinin parçası olarak elde edildi.
Ekip, gözlemlerini kozmosun iyi çalışılmış diğer alanlarına genişletmeyi planlıyor. “Bu, gökyüzünde farklı 3 boyutlu şekillere sahip galaksileri tanımlamamıza olanak tanıyor” ve çok ihtiyaç duyulan takip spektroskopik gözlemlerini mümkün kılıyor, diye yazdı Dr. Pandya bir e-postada.
Galaksiler evrenin şehir devletleridir. Görünür evrende tahminen iki trilyon tane var ve her biri bir trilyona kadar yıldız içeriyor. Ancak görünen evren, orada olanın yalnızca bir kısmıdır. Evrendeki maddenin çoğu karanlık madde biçiminde görünüyor; Karanlık madde her ne ise, gördüğümüz evrenin görünmez kemiklerini oluşturur.
Gökbilimciler artık galaksilerin Büyük Patlama sırasında madde ve enerji yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalar sonucu oluştuğuna inanıyor. Uzay genişledikçe daha yoğun alanlar kaldı ve karanlık madde birikerek normal maddeyi de beraberinde sürükledi. Bu malzeme sonunda yeniden bir araya gelerek yıldızlar ve galaksiler halinde parladı veya kara deliklerde kayboldu. Webb Teleskobu bu biçimlendirici ve gizemli dönemi incelemek için tasarlandı. Devasa bir ayna ve kızılötesi sensörler kullanarak en uzak ve dolayısıyla en eski galaksileri görebilir.
Dr. Pandya ve meslektaşları gökadaların gökyüzündeki iki boyutlu izdüşümlerini istatistiksel olarak analiz ederek gökadaların üç boyutlu şekillerini incelediler. Bu ilk gökadalar uzayda rastgele yönlendirilmiş küreler veya diskler olsaydı, ara sıra tam yüzleri olan, yuvarlak ve dairesel görünen teleskoplar sunmaları gerekirdi.
Ancak gökbilimciler bunun çoğunu göremiyorlar. Bunun yerine çok sayıda puro ve muz görüyorlar.
“Baştan sona çok doğrusal görünüyorlar” dedi Dr. Pandya, “bir kolye üzerindeki boncuklar gibi düzenlenmiş çok sayıda parlak kümeyi gösteren bazı galaksiler var.”
Bu tür uzun galaksiler günümüzde nadirdir, ancak Büyük Patlama'dan yaklaşık 500 milyon yıl sonrasına tarihlenen CEERS örneğindeki galaksilerin yüzde 80'ini oluşturuyorlar.
“Kütleleri o kadar büyük ki Samanyolu gibi galaksilerin öncüleri olabilirler” dedi Dr. Pandya, “kendi galaksimizin geçmişte benzer bir morfolojik puro/sörf tahtası aşamasından geçmiş olabileceğini ima ediyor.”
Modern evrende galaksiler iki temel biçimde ortaya çıkıyor gibi görünüyor: eliptik bulutlar adı verilen özelliksiz, yuvarlak bulutlar ve Samanyolu'ndaki evimiz gibi düz, örümcek benzeri diskler.
Görünüşe göre ilk yeni doğanlar bu şekilde başlamamıştı. Gökbilimciler bunun nedeninin karanlık maddenin özellikleriyle ilgili olduğundan şüpheleniyor, ancak tam olarak ne veya nasıl olduğu belirsiz.
Önde gelen teori, karanlık maddenin Büyük Patlama'dan arta kalan egzotik atom altı parçacık bulutlarından oluşmasıdır. Bilgisayar simülasyonlarına göre, yerçekimi tarafından bu bulutlara çekilen sıradan maddeler yoğunlaşarak yıldızlara ve galaksilere dönüşecek.
Soğuk karanlık madde adı verilen popüler bir varyantta, bu artık parçacıklar protonlara, nötronlara ve kuantum atom dünyasının daha tanıdık sakinlerine kıyasla ağır ve yavaş olacaktır. Bilgisayar simülasyonları, soğuk karanlık maddenin kolaylıkla bir araya gelerek gökbilimcilerin gökyüzünde gördüğü büyük ölçekli desenleri oluşturabileceğini öne sürüyor.
Bu yavaş, ağır parçacıkların tanımlanması parçacık fiziği ve kozmoloji dünyasını sarsacaktır. Ancak şu ana kadar CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi laboratuvarlarda yapılan deneyler soğuk karanlık madde parçacıklarını tespit etmekte veya üretmekte başarısız oldu. Son zamanlarda ilgi, “karanlık” kuvvetler aracılığıyla birbirleriyle görünmez bir şekilde etkileşime giren “karanlık” parçacıklardan oluşan bir galerinin tamamı – “karanlık sektör” – dahil olmak üzere önerilen diğer karanlık madde biçimlerine kaydı.
Bu karışıma, teorik olarak son derece hafif olan ve parçacıklardan çok dalga gibi davranan eksenler de dahildir; halk arasında “bulanık karanlık madde” veya “dalgalı karanlık madde” olarak bilinir. Galaksi oluşumunun bilgisayar simülasyonlarında, bu tür dalgalar birbirine müdahale ederek, soğuk karanlık madde için öngörülen yuvarlak şekiller yerine yumrulu ipliksi yapılar üretebilir.
“Evet, karanlık madde bağlantısı cazip” dedi Dr. Pandya, şeytanın, türbülansın, sıcak gazın ve manyetik alanların yıldızları ve galaksileri parlatmak için nasıl etkileşime girdiğini anlatan “gastrofizik”in karmaşık ayrıntılarında olduğunu sözlerine ekledi.
Princeton'da şu anda Columbia Üniversitesi'ne bağlı astrofizik profesörü olan Jeremiah Ostriker, son yıllarda dikkatini bulanık karanlık maddeye çevirdi. 1973 yılında Doç. Ostriker, karanlık madde fikrini Princeton'lu meslektaşı James Peebles ile birlikte geliştirdi.
O ve diğerleri, bulanık karanlık maddenin bebek galaksilerin boyutu ve şekli üzerinde kendi izlerini bırakacağına dikkat çekti. Axionlar, doğal dalgalılıkları nedeniyle soğuk karanlık madde kadar etkili bir şekilde topaklanamayacak ve bu da onların bir milyar güneş kütlesinden daha küçük bebek galaksiler yaratmasını zorlaştıracaktır. Soğuk karanlık madde için böyle bir kısıtlama yoktur. Ancak günümüzün teleskopları bu tür bebekleri gözlemleyecek kadar hassas değil. Görevi tamamlamak için yeni nesil daha da büyük cihazlar gerekebilir.
Dr. Ostriker, Dr. Pandya'nın çalışmalarını öğrenince bulanık karanlık maddeye dair umutların giderek arttığını fark etti. “Devam et” dedi.