“Kozmik Deniz Fenerleri” – Webb, evrenin ilk ışığının sırlarını açığa çıkarıyor

Öncü James Webb Uzay Teleskobu gözlemleri, düşük kütleli galaksilerin erken evrenin yeniden iyonlaşmasındaki önemli rolünü ortaya koyuyor ve mevcut kozmik evrim teorilerine meydan okuyor.

NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu'ndan (JWST) elde edilen verilerle çalışan bilim insanları, evrendeki en eski yıldız ışıklarından bazılarının ilk tam spektrumunu elde etti. Görüntüler, Büyük Patlama'dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra oluşan çok düşük kütleli yeni doğmuş galaksilerin şimdiye kadarki en net resmini sunuyor ve genç galaksilerin kozmik köken hikayesinde merkezi bir role sahip olduğunu öne sürüyor.

İki Penn State astrofizikçisinin de aralarında bulunduğu uluslararası araştırma ekibi bulgularını yakın zamanda dergide yayınladı. doğa. Tayflar, evrende yeniden iyonlaşma olarak bilinen ve ilk yıldızların ve galaksilerin gelişiyle beslenen bir dönemden gelen ilk görünür ışığın bir kısmını ortaya koyuyor.

NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu tarafından çekilen derin alan görüntüleri, araştırmacıların evrenin yeniden iyonlaşmasını tetikleyen nesneler için güçlü adaylar olarak tanımladığı son derece sönük gökadalara ilk bakışları sağladı. Resim kaynağı: Hakim Atiq/Sorbonne Üniversitesi/JWST

İlkel Evren: Karanlıktan Aydınlığa Geçiş

Penn State'de astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent ve makalenin yazarı Joel Lyga, evrendeki normal maddenin neredeyse tamamen hidrojen ve helyum çekirdeklerinden oluşan sıcak, yoğun bir sis olarak başladığını açıkladı. Genişledikçe ve soğudukça, tek tek protonlar ve elektronlar bağlanmaya başladı ve ilk kez nötr hidrojen oluştu. Yaklaşık 500 ila 900 milyon yıl sonra büyük patlamaEvrenin erken dönemlerinde hakim olan nötr hidrojen yeniden iyonize gaza ayrılmaya başladı, yıldızların ve galaksilerin oluşumunu teşvik etti ve ilkel sisi kaldırdı, böylece ışık ilk kez evrende engellenmeden seyahat edebildi.

Lyga, “Bir şey tetiklendi ve galaksiler arasındaki boşluğa çok yüksek enerjili fotonlar pompalamaya başladı” dedi. “Bu kaynaklar, nötr hidrojen sisini yakan kozmik işaret lambaları gibi davrandılar. Bu her ne ise, o kadar enerjik ve kalıcıydı ki, tüm evren yeniden iyonize oldu.”

Galaksinin öncüleri: Düşük kütleli galaksilerin rolü

Küçük, düşük kütleli galaksilerin spektrumlarını analiz eden bilim insanları, küçük galaksilerin, etraflarındaki yoğun ilkel gazı ısıtarak ve önceden nötr olan hidrojeni iyonlaştırarak evreni yeniden iyonlaştıran “şey” için güçlü adaylar olduğunu gösterdi.

Lyga, “Evrendeki diğer düşük kütleli galaksiler bunlar kadar yaygın ve canlıysa, o zaman sonunda kozmik sisi yakan işaretlere ulaştığımızı düşünüyoruz” dedi. “Onlar pek çok küçük galaksideki inanılmaz derecede aktif yıldızlardı.”

Leija, erken evrendeki galaksilerin çoğunluğunun nispeten küçük olmasının beklendiğini, bunun da onların frekanslarını ve özelliklerini incelemeyi çok zorlaştırdığını ekledi. James Webb Uzay Teleskobu'nun hassasiyeti ile Abell kümesi 2744'ün (kozmik büyüteçler gibi davranan, uzayı çarpıtan ve arka plandaki galaksilerin ışığını güçlendiren yakın galaksiler) yerçekimsel mercekleme etkisinin benzersiz birleşiminin mümkün kıldığı teknolojik atılım sayesinde, Küçük galaksilerin bolluğunu ve iyonlaştırıcı özelliklerini bir milyar yıl içinde belirlemek artık evrende ilk kez mümkün.

Sorbonne Üniversitesi'nden astrofizikçi, Paris Astrofizik Enstitüsü'nden araştırmacı ve makalenin ilk yazarı Hakim Atiq, “Evrenin yeniden iyonlaştığı bu çağda, küçük galaksilerin büyük galaksilerden yaklaşık yüz kat daha fazla olduğunu bulduk” dedi. bir basın açıklamasında söyledi. “Bu yeni gözlemler aynı zamanda bu küçük galaksilerin, normalde uzak galaksiler için varsayılan temel değerlerin dört katını aşan büyük miktarda iyonlaştırıcı foton ürettiğini de ortaya koyuyor. Bu, bu galaksiler tarafından yayılan iyonlaştırıcı fotonların toplam akışının gereken eşiği çok aştığı anlamına geliyor.” yeniden iyonizasyon için.”

Kozmik evrimin grafiğini çizmek: gelecekteki yönler

Penn State ekibi, daha küçük, daha uzak gökadaları görüntüleyen büyük ön plan gökada kümesini hedef alan UNCOVER araştırmasının modellemesine öncülük etti. Penn State'teki araştırmacılar, nesnenin özelliklerinin yanı sıra kütlesini ve olası mesafelerini anlamak için taramadaki tüm küçük ışık noktalarını analiz etti. Lija, bu analizin daha sonra bu keşfe yol açan daha ayrıntılı JWST gözlemlerine rehberlik etmek için kullanıldığını açıkladı.

Bu sonuçlardan önce, süper kütleli kara delikler gibi kozmik yeniden iyonlaşmadan sorumlu diğer kaynakları tanımlayan bir dizi hipotez vardı; Bir milyar güneş kütlesinden daha büyük kütleye sahip büyük galaksiler; Ve kütlesi bir milyar güneş kütlesinden az olan küçük galaksiler. Araştırmacılar, düşük parlaklıkları göz önüne alındığında, düşük kütleli gökadalarla ilgili hipotezi doğrulamanın özellikle zor olduğunu ancak yeni sonuçların, düşük kütleli gökadaların evrenin yeniden iyonlaşmasında merkezi bir rol oynadığına dair en net kanıtı sağladığını söyledi.

Araştırmacılar şimdi, analiz ettikleri spesifik konumun evrendeki galaksilerin ortalama dağılımını temsil ettiğinden emin olmak için çalışmayı daha büyük bir ölçeğe genişletmek istiyorlar. Yeniden iyonlaşma sürecinin ötesinde, gözlemleri erken yıldız oluşumu sürecine, galaksilerin ilksel gazdan nasıl ortaya çıktığına ve bugün bildiğimiz evrene nasıl dönüştüklerine dair bilgiler sağlıyor.

Referans: Hakim Atiq, Ivo Lappé, Lukas J. tarafından “Evreni yeniden iyonlaştıran fotonların çoğu cüce galaksilerden geldi”. Sedona H. Price, Pratika Dayal, Adi Zitrin, Vasily Kokorev, John R. Weaver, Gabriel Brammer, Peter van Dokkum, Christina C. Williams, Sam E. Cutler, Robert Feldman, Yoshinobu Fudamoto, Jenny E. Green, Joel Leija, Michael V. Maceda, Adam Muzin, Richard Pan, Casey Papovich ve Erika J. Nelson, Themia Nanayakkara ve Daniel B. Stark, Mauro Stefanone ve Katherine A. Suss, Bingjie Wang ve Catherine E. Whitaker, 28 Şubat 2024, doğa.
doi: 10.1038/s41586-024-07043-6

Astrofizik alanında doktora sonrası araştırmacı olan Bingyi Wang, Penn State'ten çalışmanın diğer ortak yazarıdır. Yayınlanan makalede yazarların ve kurumlarının tam listesi mevcuttur. Araştırmacılar, Fransız Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi, Ulusal Kozmoloji ve Galaksiler Programı, CEA, Kozmik Şafak Merkezi, Danimarka Ulusal Araştırma Vakfı, Avustralya Araştırma Konseyi, NOW ve Rosalind Franklin Programından sağlanan finansman ve desteği kabul ediyorlar. Avrupa Komisyonu Ortak Fonu ve Groningen Üniversitesi. ABD-İsrail Ulusal Bilim Vakfı, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, İsrail ve NOIRLabNSF ile yapılan işbirliği anlaşması kapsamında Astronomi Araştırma Üniversiteleri Konsorsiyumu tarafından yönetilmektedir.