Evren, ortaya çıktıktan sonra ilk yüzlerce yıl sonra nasıldı? İlk yıldızlar ve galaksiler nasıl oluştu? Bunlar, 2022’de çevrimiçi olan James Webb Uzay Teleskopunu (JWST) kullanan yeni bir araştırma programı sayesinde gökbilimcilerin artık cevap verme şansına sahip oldukları sorular.
Bir Tufts gökbilimcisi tarafından ortaklaşa LDD Minerva programı, araştırmacılara, genellikle kullanılandan farklı bir ışık spektrumuna bakan Webb teleskopunda enstrümanları kullanarak erken evrenden daha iyi bir görüş verecektir.
Bu yetenekle, araştırmacılar galaksi oluşumunu anlamalarına yardımcı olmak için nadir ve sıra dışı galaksiler bulmayı umuyor, en eski galaksilerin bazılarının hala yeni yıldızlar yaratıp yaratmadığını öğrenmek ve süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu daha fazla anlamak için tozla akran.
25 Temmuz’da Webb teleskopunu kullanarak başlayan Nirmam ile orta bant görüntülemeyi temsil eden Minerva; Gözlemlerin bir yıl boyunca koşması planlanıyor.
Tufts’taki Fizik ve Astronomi Profesörü ve Astronomi Profesörü ve Sanat ve Bilim Araştırmaları Dekanı, Tufts fakültesi ve öğrencilerin yanı sıra dünya çapında birçok üniversite ve kurumun araştırmacılarını içeren Minerva’nın ortak araştırmacısıdır.
Hubble uzay teleskopu da dahil olmak üzere güçlü bir şekilde hassas teleskoplar benzer anketler yapmıştır, ancak kozmik tarihin ilk milyar yıllarında çok uzak evrenin yüksek tanımlı görüntülerini sağlayamadılar.
Minerva projesi ile gökbilimciler, JWST üzerindeki Nircam enstrümanını kullanarak orta bant görüntüleme alacak ve ayrıca, daha önce araştırılan alanların, özellikle toz gözlemlenmiş nesneler için daha ince ayarlı gözlemlere izin verecek başka bir JWST enstrümanından görüntüleme alacaklar.
Marchesini, “Buradaki fikir, ekstragalaktik astronomi bilimi için nihai çok dalga boylu veri kümesini elde etmektir” diyor. Dört ana ekstragalaktik alanı hedefliyorlar – kendi Samanyolu galaksimizin dışındaki kişiler – çok daha ince ayrıntılar.
Yeni verilerle toplanacaklar “bu galaksilerin özellikleri ve yıldız popülasyonları hakkında çok kesin bilgi geliyor – galaksinin yıldız kütlesi, her yıl galaksinin kaç yıldız oluşturduğu ve yıldız oluşum geçmişi” diyor.
Nadir nesneleri görmek
Geniş bant görüntüleme ile bilim adamları kozmosun büyük bölümlerini tarayabildiler, ancak odaklanmayı feda ettiler – gördükleri emisyonların tamamen oluşturulmuş yıldızlardan, yoğun yıldız oluşumundan veya süper kütleli kara deliklerden olup olmadığını her zaman söyleyemediler.
Ancak orta bant görüntüleme ile “Spektral enerji dağılımını çok daha ince örnekliyoruz, geniş banttan birkaç kat daha iyi bir faktör.” Bu, örneğin, çok fazla yıldız oluşturan, ancak toz belirsizliği aktif olarak çok fazla yıldız oluşturan bir galaksiye göre, hareketsiz bir galaksi arasında ayrım yapabileceği anlamına gelir.
Minerva’nın odaklandığı dört ekstragalaktik hedef, gökbilimcilerin tam, derinlemesine örneklemeye sahip olacağı ekstragalaktik alanların alanı yaklaşık 10 faktör artacaktır.
“Alan önemlidir, çünkü biz de peşinde olduğumuz şey nadir nesnelerdir,” diyor Marchesisini. Diyerek şöyle devam etti: “Çok heyecan verici, nadir nesneler bulmak için daha büyük bir evreni örneklemeniz gerekiyor, özellikle de kozmik tarihin ilk milyar yıllarında ya oluşan ilk galaksiler ya da bu çok heyecan verici sessiz gökadalara giderseniz.”
Hedeflerden biri, Kozmik Şafak olarak bilinen zaman dilimine odaklanmaktır – büyük patlamadan sonra evrenin büyümesinde erken bir aşama. İlk birkaç yüz milyon yılda, evren tamamen nötr hidrojen ve helyumdan yapıldı, Karanlık Çağı olarak adlandırıldı.
“İlk yıldızlar ve galaksiler ortaya çıkmadan önce,” diyor Marchesinini. “O zaman ilk yıldızlar, galaksiler ve kara delikler ortaya çıkıyor.”
Zamanda Bir Değişim
Astronomide, nesnelerin uzayda daha uzak olması, zamanla ne kadar önce oluştuğunu yansıtır, çünkü bir nesne ne kadar uzak olursa, zaman içinde onu görüyoruz. Bu mesafe kırmızıya kayma ile ölçülür – esasen bir nesne tarafından bizden uzaklaştıkça yayılan ışık spektrumunda bir değişiklik. Ne kadar uzak olursa, kırmızıya kayması o kadar büyük olur.
Evreni 5 milyar yıl daha gençken gözlemlemek için – evren yaklaşık 7.7 milyar yaşında olduğunda – “1’lik kırmızıya kayma değeri olan galaksileri gözlemlememiz gerekiyor, ancak evrenin bir ya da yarım milyar yaşındayken galaksileri gözlemlemek istiyorsak, 6 veya 10’luk bir kırmızıya kayma değeri olan galaksileri gözlemlememiz gerekiyor” diyor.
“Webb teleskopunun hedeflerinden biri ilk yıldızları, ilk galaksileri bulmak” diyor. “Minerva ile bulmak istediğimiz birçok farklı şey var ve biri ilk 300 milyon yılda çok sağlam bir galaksiye adayları arıyor veya 13’ün üzerinde kırmızıya kayma.”
Orta bant görüntüleme ile gökbilimciler, kırmızıya kayma 13’ten nesneler arasındaki farkı söyleyebilir ve diyelim ki, kırmızıya kayma 5’ten çok daha sonra tozdan kaçınmış galaksiler (Tozdan oluşan ışık, daha zayıftır, bu bilgilerle, araştırmacılar bu toz aşaması ile daha iyi bir araya gelmeye çalışabilirler, özellikle de gelişti, özellikle de, özellikle de, özellikle de, özellikle de, özellikle de, özellikle de daha iyi bir şekilde dikmeye çalışabilirler.
Araştırmacılar ayrıca ilk hareketsiz gökadalarla çok ilgileniyorlar – yıldız oluşturmayı bırakan ve varlıklarının geri kalanı için hareketsiz kalan galaksiler. Marchesini, “Minerva, hareketsiz galaksilerin var olduğunu bildiğimiz Redshift 3’ten, kırmızıya kayma 8’e kadar çok güçlü bir galaksilerin çok sağlam bir örneğini tanımlamamıza izin verecek,” ilk hareketsiz gökadaların evrendeki ne zaman göründüğünde bulmaya çalışıyor. “
Ayrıca, kozmik zaman boyunca hareketsiz galaksilerin sıklığını ve yoğunluğunu izleyebileceklerdir. Marchesini, “Bunu gözlemsel olarak bildiğimizde, büyümelerinden, söndürmelerinden ve gözlemler ve teori arasında gerçekten sinerjik bir yaklaşıma sahip olan tüm ilginç fiziksel mekanizmaları simülasyonlar ve modeller aracılığıyla anlayabiliriz.”
Minerva’nın bir başka amacı, daha önce Webb teleskopu tarafından “Küçük Kırmızı Noktalar” adı verilen bir nesne sınıfını daha iyi anlamaktır. Gökbilimciler süper kütleli kara delikler olduklarını düşünüyorlar, ancak etraflarında gaz ve yıldız olup olmadığını bilmiyorlar.
“Minerva kesinlikle küçük kırmızı noktaları çok daha sağlam bir şekilde tanımlamamızı sağlayacak,” diyor Marchesi, “küçük kırmızı noktaların sayısının ve yoğunluğunun ve bunları ürettiğini düşündüğümüz merkezi süper kütleli kara deliklerin evrimini sabitliyor. Örneğin, evrende nasıl yaşadıklarını nasıl bağladıklarını anlamak için gerçekten önemli.”
Şu anda, süper kütleli kara delik geliştirme konusunda çok çeşitli teorik modeller var ve Marchesisini, küçük kırmızı noktaların “bu farklı senaryolar ve modeller arasında anlaşılmanın veya ayrımcılık yapmak için anahtarı tutabileceğini” söylüyor.
Marchezini, Minerva programı bu yaz başladığında heyecanlı olduğunu söyledi. “Kesinlikle dönüştürücü bilim ve sonuçlar sağlayacak” diyor.
