Kısaca

The Astrophysical Journal'da yayımlanan araştırmada, James Webb Uzay Teleskobu verileriyle Büyük Patlama'dan 500 milyon yıl sonraki z ≈ 10,5 evresinde 18 galaksilik yoğun bir küme ve çevresinde iyonlaşmış gaz balonu tespit edildi.

The Astrophysical Journal'da yayımlanan ve Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian araştırmacısı Zihao Wu liderliğinde yürütülen yeni bir çalışma, erken evrenin karanlıktan aydınlığa geçişine dair kritik bir bulguyu ortaya koydu. James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) gelişmiş derin galaksi dışı taraması JADES kapsamında elde edilen veriler, Büyük Patlama'dan sonraki ilk 500 milyon yıllık dönemde, yani z ≈ 10,5 kırmızıya kayma değerinde bir arada bulunan 18 galaksilik olağandışı bir yoğun küme adayı olduğunu gösterdi. Wu ve ekibinin paylaştığı ölçümlere göre bu yapı, GOODS-S gözlem alanının batı kesiminde yer alıyor ve galaksi sayısı bakımından genel alan beklentisinin tam dört katı bir yoğunluğa ulaşıyor.

İncelenen küme, GOODS-S alanında benzer parlaklığa sahip galaksilerin üçte birini barındırırken, aynı bölgedeki toplam yıldız oluşum hızının yaklaşık yüzde 50'sini tek başına üstleniyor. Araştırma ekibi, bu yoğunlaşma içindeki gökadaların alanın genelindeki diğer yapılara kıyasla çok daha fazla yakın yoldaşa ve alt yapıya sahip olduğunu belirledi. Bu durum galaksiler arasında güçlü kütleçekimsel etkileşimlerin yaşandığını kanıtlarken, yıldız kütleleri ve yıldız oluşum hızlarının yüksek kırmızıya kayma beklentileriyle tutarlı seyrettiği, yani beklenmedik ölçüde kontrolsüz bir patlama yaşanmadığı kaydedildi.

Keşfin en çarpıcı fiziksel kanıtı, nötr hidrojenin elektron enerji kaybı sırasında saldığı morötesi spektral çizgi olan Lyman-alfa iletimindeki uzamsal değişimlerde görüldü. Nötr hidrojen gazının Lyman-alfa fotonlarını kolayca saçması nedeniyle yeniden iyonlaşma öncesi erken evrende bu tür ışımanın tespit edilmesi neredeyse imkânsız kabul ediliyordu. Ancak fotometrik ölçümler, kümenin merkezinde artan ve dış sınırlara doğru azalan belirgin bir Lyman-alfa iletim modeli ortaya koydu. Araştırmacılar, bu iletim yapısının yaklaşık 6 eş-hareketli megaparsek (cMpc) yarıçapında iyonlaşmış bir gaz balonunun oluşumuyla tam bir uyum sergilediğini ve ışımanın bu balonun sınırına ulaştığı için görünür hale geldiğini açıkladı.

Büyük Patlama'nın ardından evren, ışığın serbestçe hareket etmesini engelleyen opak ve nötr bir hidrojen sisiyle kaplıydı. İlk yıldızların ve galaksilerin doğmasıyla başlayan kozmik yeniden iyonlaşma dönemi, çevrelerindeki hidrojen atomlarını iyonlaştırarak evreni şeffaf hale getirdi. Zihao Wu ve meslektaşları, doğrulandığı takdirde bu yapının bugüne kadar bir galaksi aşırı yoğunluğu tarafından üretildiği bilinen en erken iyonlaşma balonu olacağını vurguluyor. Elde edilen bulgular, erken kozmostaki gaz kabarcıklarının tekil dev kaynaklar yerine bir arada kümelenmiş yoğun galaksi grupları tarafından oyulduğu modelini somut verilerle destekliyor.

Mevcut bulgular yalnızca fotometriye ve ilk spektroskopik verilere dayandığı için ekip bunu kesin bir sonuç yerine güçlü bir aday olarak tanımlıyor. Araştırmacılar bundan sonraki aşamada söz konusu yoğun kümeyi hem James Webb Uzay Teleskobu hem de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ile yeniden gözlemleyecek. Bu yeni gözlem programında özellikle hidrojen-alfa ve çift iyonlaşmış oksijen emisyon hatları hedeflenerek yapının üç boyutlu haritası çıkarılacak ve kümenin ilk 500 milyon yıldaki iyonlaşmadaki doğrudan rolü netleştirilecek.

Neden önemli?Erken evrendeki karanlık nötr hidrojen sisi nedeniyle ışığın nasıl serbest kaldığını açıklayan bulgu, kozmik yeniden iyonlaşma sürecini başlatan temel güçlerin yoğun galaksi grupları olduğunu gösteren ilk doğrudan kanıtlar arasında yer alıyor.

Şu ana kadar bildiklerimiz

  • Zihao Wu liderliğindeki araştırma ekibi, GOODS-S alanında beklentinin dört katı yoğunluğa sahip 18 galaksilik bir grup saptadı.
  • Bu küme, GOODS-S bölgesindeki benzer parlaklıktaki galaksilerin üçte birini ve toplam yıldız oluşum hızının yaklaşık yüzde 50'sini oluşturuyor.
  • Fotometrik veriler, merkezde yükselen ve kenarlara doğru azalan Lyman-alfa iletimiyle yaklaşık 6 eş-hareketli megaparsek yarıçapında iyonlaşmış bir balonun varlığını gösteriyor.

Cevabı beklenen sorular

  • JWST ve ALMA teleskoplarıyla yapılacak hidrojen-alfa ve çift iyonlaşmış oksijen gözlemleri, kümenin üç boyutlu yapısını ve iyonlaşma balonunun sınırlarını doğrulayabilecek mi?
  • Büyük Patlama'dan sonraki ilk 500 milyon yılda bu tür yoğun galaksi gruplarının erken evren genelindeki yaygınlığı ne düzeydeydi?