Gökbilimciler, 11 milyar ışıkyılı uzaklıktaki gökada kümesinin sıcak doğuşunu yakaladı

Gökbilimciler, evrenin erken dönemlerinde bilinen en ekstrem yapılardan birini çevreleyen, on milyonlarca derece sıcaklıkta devasa bir gaz bulutu tespit ettiler. Çalışma, oluşum halindeki bir gökada kümesinin şimdiye kadarki en net görüntülerinden birini sunuyor. NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi ile 600.000 saniyeden fazla gözlem yapan ekip, 11 milyar ışıkyılı uzaklıktaki yoğun galaksi konsantrasyonuna gömülü bir kuasarın etrafında dağınık, genişletilmiş X-ışını emisyonu buldu. Sonuçları açıklayan makale şu tarihte yayınlandı: Astronomi ve Astrofizik 24 Temmuz’da.

Yeni ortaya çıkan aşama

Kalabalık bir bölgede yerçekimsel olarak birbirine bağlı binlerce galaksinin tamamına galaksi kümesi adı verilir. Yerçekimsel çöküş ve daha küçük yapılarla birleşme yoluyla oluşabilirler. Gaz, bir kümedeki galaksiler arasındaki boşlukları dolduran sıcak gaz rezervuarına (küme içi ortam (ICM)) eklendiğinde, içeri giren gaz şok ısınmaya maruz kalır ve onlarca ila yüz milyonlarca Kelvin sıcaklıklarına ulaşır. Sıcak gaz öncelikle X-ışını emisyonu yoluyla tespit edilir.

Gökbilimciler bu sıcak gazı olgun, yakındaki kümelerde iyi anlıyorlar. Ancak bu sıcak gaz zarfının evrenin genç olduğu dönemde ilk kez ne zaman ve nasıl oluşmaya başladığını bilmek istiyorlar.

Evrenin erken dönemlerinde (Büyük Patlama’dan yaklaşık 2 ila 3 milyar yıl sonra) görmeyi bekledikleri şey, ısınmaya başlayabilecek, “proto-ICM” olarak adlandırılan genç bir gaz halesidir; bu, yeni oluşan aşamada galaksiyi çevreleyen sıcak bir ortamdır. Bu genç halelerden gelen sinyallerin tespit edilmesi birkaç nedenden dolayı zordur: zayıf sinyaller, hassasiyet ve çözünürlükteki araçsal sınırlamalar ve aktif galaktik çekirdekler (AGN’ler) olarak da bilinen aktif olarak beslenen kara deliklerin varlığı (kuasarlar gibi) ve bunların sinyalleri sıcak gazdan gelen sinyallere baskın gelebilir.

634.000 saniyelik X-ışını verisi

Bu yeni çalışmada, Milano-Bicocca Üniversitesi’nden Andrea Travascio liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, evrenin 2 milyar yıldan daha küçük olduğu bir dönemde z = 3,25 kırmızıya kaymada parlak bir kuasar (ID1 lakaplı) merkezli bir protokümeyi araştırdı. Ekip, 2025 yılında, aktif olarak beslenen altı kara deliğin bulunduğu alışılmadık derecede kalabalık bir bölgeyi bildiren ilgili bir makale yayınladı. Evrenin tipik bir bölümünde kara deliklerin sayısı beklenenden çok daha fazla, bu da bunun gerçekten bir protocluster olduğunu doğruluyor. Bu ikinci makale, 634.000 saniyelik Chandra X-ışını gözlemlerini kullanarak bu genç galaksi kümesini derinlemesine inceliyor.

Bu protocluster aktif bir galaktik çekirdeğe odaklandığından amaç, protocluster’ın gerçek olduğundan ve kuasarın kendisinden gelen ışıkla kirlenmediğinden emin olmaktı. Ekip, kuasarın ışığının tek başına nasıl görünmesi gerektiğini tam olarak simüle etti ve ardından bu simülasyonu gerçek verilerle karşılaştırdı. Kuasardan belirli bir mesafenin ötesinde, “tek başına kuasar” modelinin açıklayamadığı açık bir X-ışını ışığı fazlalığı vardı. X-ışını emisyonunun tamamı kuasardan en az 98.000 ışıkyılına kadar uzanıyordu.

Onaylama ve reddetme

Daha sonra kuasarın etrafındaki alanı pasta şeklindeki sekiz “bölgeye” böldüler ve X-ışını ışığının bazı yönlerde diğerlerinden daha parlak olup olmadığını kontrol ettiler. İstatistiksel olarak her yönde eşitti. Bu, gerçek, yerçekimsel olarak çökelmiş gazla tutarlıdır. Araştırmacılar ayrıca kuasardan gelen bir jetle ilgili alternatif bir açıklamayı da test edip dışladılar, ancak bunu destekleyecek hiçbir kanıt bulamadılar.

Ekip, yeni tespit edilen X-ışını sıcak gazının şeklini, kuasarın etrafındaki önceden bilinen daha soğuk gaz bulutuyla karşılaştırdı ve kısmi örtüşme buldu ancak mükemmel bir eşleşme olmadı. Bu, ikisinin ilişkili ancak fiziksel olarak farklı gaz bileşenleri olduğunu öne sürdü.

Yalnızca kuasar modeliyle açıklanmayan ekstra X-ışını sinyalini, galaksi kümelerinde beklenen sıcak, ince, iyonize gazı temsil eden bir modelle eşleştiriyorlar. Uyum eşleşti ve yaklaşık 21 milyon Kelvin’lik bir gaz sıcaklığı ortaya çıktı.

Ekip makalede şöyle yazıyor: “Bu muhtemelen z > 3’te proto-ICM’den (veya sıcak CGM’den) kaynaklanan termal emisyonun ilk kanıtını temsil ediyor.”

Güneş kütlesinin yaklaşık 2,6 trilyon katı kütleye sahip sıcak gazdan ve karanlık madde halesi de dahil olmak üzere toplam 30 trilyon güneş kütlesinden oluşur. Ayrıca bu sıcak gazın tek başına, teorik olarak bu büyüklükteki bir halede var olması gereken tüm “normal” maddenin (karanlık madde değil) büyük bir kısmını (%56 civarında) oluşturduğunu da hesapladılar. Bu oran yakınlardaki olgun galaksi kümelerinde görülenlerle eşleşiyor.

Bu önemli bir sonuçtur çünkü bu erken evren yapısının, o zamanlar evrenin yaşı 2 milyardan daha küçük olmasına rağmen, bugün yakınlarda görülen tamamen olgunlaşmış kümelerle karşılaştırılabilecek bir sıcak gaz payına zaten ulaştığını göstermektedir.

Araştırmacılar, sınırlı sayıda tespit edilen termal foton göz önüne alındığında, burada rapor edilen fiziksel miktarların, büyük belirsizlikler içeren kaba tahminler olarak kabul edilmesi gerektiği konusunda uyarıyorlar. Bu bulguların tamamen doğrulanması ve iyileştirilmesi için gelecekte daha hassas gözlemlere (yeni nesil teleskoplarla) ihtiyaç vardır.