Güney Afrika teleskobu evrenin erken dönemlerinden gelen rekor kıran sinyali tespit etti

Güney Afrika’daki MeerKAT radyo teleskopunu kullanan gökbilimciler, şimdiye kadar tespit edilen en uzak hidroksil megamaseri keşfettiler ve radyo astronomisinde yeni bir ufuk açtılar. Bir hidroksil megamaseri doğal bir uzay lazeridir ve bu lazer, 8 milyar ışık yılından daha uzakta, şiddetle birleşen bir galakside bulunmaktadır.

Pretoria Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan gökbilimciler Thato Manamela ve Üniversitelerarası Veri Yoğun Astronomi Enstitüsü müdürü ve Cape Town ve Pretoria üniversitelerinde profesör olan Roger Deane ile çalışmaları hakkında konuştuk.

Bulduğunuz şey uzay araştırmalarında ‘yeni bir sınır’ olarak tanımlandı. Neden olağanüstü?

Bu keşif, onu tespit ettiğimiz rekor mesafeden, yani sekiz milyar ışık yılından fazla uzaklıktan dolayı olağanüstü. Bu onu erken evrenin derinliklerine yerleştirir. Bu, galaksiyi bugünkü haliyle göremediğimiz anlamına geliyor. 8 milyar yıl önceki halini görüyoruz. Büyük Patlama yaklaşık 13,8 milyar yıl önce gerçekleştiğinden beri, evrenin “yeni yürümeye başlayan” bir versiyonuna bakıyoruz. Maser sinyalinin ev sahibi galaksi tarafından iletildiği aşamada, galaksiler bugün yakınlarda gördüğümüz kararlı, olgun galaksilerden çok daha “kaotik”ti, daha sık çarpışıyordu ve çok daha aktifti.

Bu bize, kozmosun şu andaki yaşının yarısından daha az olduğu dönemdeki galaksi etkileşimlerine ve aşırı yıldız oluşum ortamlarına dair nadir bir fikir veriyor. Işığı postadaki bir mektup gibi düşünün. Bir arkadaşınız yurt dışından bir mektup gönderirse, siz onu okuduğunuzda haber eskimiş demektir. Uzayda ışık harftir. Bu galaksiden gelen “haberlerin” bize ulaşması 8 milyar yıl sürdü. Kendi zamanında büyümüş veya değişmiş olmasına rağmen galaksiyi “yeni yürümeye başlayan çocuk” olarak görüyoruz.

Tipik bir galaktik maserden milyonlarca kat daha büyük bir güç ölçeğinde çalışan bu megamazeri tespit ettik. Hem megamaserler hem de gigamaserler kozmik radyo lazerleridir. Bir megamazer, yerel evrende bulunan standart bir maserden milyon kat daha parlakken, bir gigamazer milyarlarca kat daha parlaktır, bu da onu bir megamazerden 1000 kat daha güçlü yapar.

Sadece beş saatlik gözlem süresinde, uzaklığı ve nadirliği göz önüne alındığında genellikle yüzlerce saat gözlem gerektiren bir sinyal bulduk. Ancak yerçekimsel merceklenme, sinyali tespit edecek kadar güçlendirdi. Ek olarak, nötr hidrojeni hedeflerken MeerKAT’in geniş bant genişliği, aynı verilerde megamaser sinyalinin sürpriz bir şekilde keşfedilmesini sağladı.

Bu hızlı tespit, MeerKAT ve yakında kurulacak olan SKA Gözlemevi ile gelecekte yapılacak araştırmaların, buna benzer daha birçok uzak, ekstrem nesneyi ortaya çıkarabileceğini gösteriyor. Bunu bu kadar çabuk bulma yeteneği, sonunda çok uzak geçmişten gelen zayıf sinyalleri görebilecek teknolojiye sahip olduğumuzu kanıtlıyor. Bu, benzersiz ve türünün tek örneği olan uluslararası bir mega proje olan Kilometre Kare Dizisinin (SKA) neler başarabileceğinin bir önizlemesidir.

Ancak yeni nesil Çok Büyük Dizi (ngVLA) adı verilen, son derece tamamlayıcı yeni nesil bir tesis, ABD’de inşa edilmek üzere planlanıyor ve tasarlanıyor. SKA Gözlemevi (SKA-Low ve SKA-Mid), düşük ila orta radyo frekanslarına odaklanır. NgVLA çok daha yüksek frekanslarda çalışacaktır. Birlikte, yeni nesil küresel radyo astronomisinin iki temel sütununu oluşturacaklar. Bulgu, gökbilimcilere evrenin erken dönemlerinde galaksilerin nasıl evrimleştiğini incelemek için yeni bir yol sunuyor.

Hangi teknolojiler veya yetenekler bunu mümkün kıldı?

Keşif, MeerKAT radyo teleskopunun hassasiyeti ve geniş frekans kapsamı sayesinde mümkün oldu. Geniş bir frekans aralığında zayıf sinyalleri tespit etme yeteneği, büyük kozmik hacimlerdeki spektral çizgileri aramamıza olanak tanır. Spektral çizgi kozmik kimyasal bir parmak izidir. Her atom veya molekül belirli frekanslarda elektromanyetik dalgalar yayar. Bu frekansları tespit etmek gökbilimcilere gazın neden oluştuğunu anlatıyor.

Bu durumda MeerKAT’in geniş bant genişliği, tek bir gözlemde hem hidroksil hattını hem de nötr hidrojen emilimini tespit etmemize olanak sağladı. Daha önce, eski teknolojiyle bu iki ayrı gözlem gerektiriyordu.

Veri işleme ve hesaplamadaki ilerlemeler de aynı derecede önemlidir. Veriler, Üniversiteler Arası Veri Yoğun Astronomi Enstitüsü’ndeki (IDIA) yüksek performanslı bilgi işlem kaynakları kullanılarak işlendi.

Bu kadar büyük miktardaki veriyi işlemek, itfaiye hortumundan su içmeye çalışmak gibidir. MeerKAT her saniye gigabaytlarca bilgi topluyor ve bu da dosyaların standart bir bilgisayarın kaldıramayacağı kadar büyük olmasına neden oluyor. 8 milyar yıl öncesine ait, cep telefonu sinyalinden milyonlarca kat daha zayıf bir sinyal bulmak için sağlam kalibrasyon hatları kullanmalıyız. Bunlar, dijital gürültüyü ortadan kaldıran ve teleskobun odağını keskinleştiren yüksek teknolojili otomatik bir araba yıkama işlevi görüyor. Bu “temizleme” süreci trilyonlarca matematiksel hesaplama gerektirir ve ham radyo parazitini açık bir bilimsel keşfe dönüştürmek için günlerce çalışan süper bilgisayarların kullanılmasını gerektirir.

Yerçekimsel merceklenme de önemli bir rol oynadı. Örneğin bir yıldız veya galaksi gibi ön plandaki devasa bir nesne, uzak galaksiden gelen sinyali güçlendirerek etkili bir şekilde doğal bir teleskop görevi görüyor ve onu tespit etme yeteneğimizi artırıyor.

Bulduğunuz şey evrene dair anlayışımızı nasıl değiştiriyor?

Tek bir astrofizik sistemin, gök cisimlerinin bir araya gelmesinin (bu örnekte, bir mercek sistemi oluşturan iki galaksinin) evren anlayışımızı değiştirmesi nadirdir. Bunu yapmak için genellikle büyük numune boyutlarına ihtiyacımız var. Ancak kayıt kırma mesafesi ile keşif hızının birleşimi etkileyiciydi.

Bu, MeerKAT’in derin araştırmaları gibi sistematik araştırmaların, bir zamanlar nadir bulunan bu bulguları, uzak evrendeki aşırı ancak oldukça belirsiz yıldız oluşumuna ilişkin güçlü araştırmalara dönüştürebileceğini öne sürüyor. Bu gözlemin sonucunda SKA Gözlemevi ve gelecekteki diğer teleskoplar sadece aynısından daha fazlasını aramayacak; gizli tarihi arayacaklar.

Hidroksil megamazerleri genellikle galaksi birleşmeleriyle ilişkilendirilir. Bazı galaksi birleşmelerinin süper kütleli kara delik çiftlerine ev sahipliği yapmasını bekliyoruz. Hemen hemen her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. Galaksiler birleştiğinde, merkezlerindeki süper kütleli kara delikler sonunda birbirlerine doğru spiral çizerek yerçekimi dalgaları, uzay-zamanda dalgalanmalar üretebilirler. Bunun gibi sistemleri bulmak, gökbilimcilerin galaksi evrimindeki önemli bir aşamayı ve bu aşırı olayların meydana geldiği ortamları incelemesine yardımcı olur.

Bu çiftleri bulmak için megamaserleri kullanarak evrendeki en büyük nesnelerin nasıl inşa edildiğine dair son aşamaları inceleyebiliriz. Bu, bir galaksinin yaşamında önemli bir dönüm noktasıdır. Bu galaksileri şimdi bularak, onları önemli bir evrimsel aşamada yakalıyoruz; çarpışmadan ve yeni nesil dedektörlerimizin duyabileceği devasa bir enerji patlamasını serbest bırakmadan önceki son geri sayım.

Bu kadar kısa bir gözlem süresinden sonra MeerKAT tarafından tespit edilen hidroksil sinyalinin gücü, dolayısıyla gökbilimcilerin kozmik zamanın çoğunda bu sistemlerden çok sayıda tespit edebilecekleri anlamına geliyor.

Keşif, Güney Afrika’nın veri yoğun radyo astronomisindeki yeri hakkında ne söylüyor?

Bu keşif, Güney Afrika’nın radyo astronomisindeki lider rolünü vurgulamaktadır. MeerKAT gibi tesisler, IDIA gibi veri yoğun platformlarla bir araya gelerek hem gözlem hem de analiz için birinci sınıf yetenekler sağlıyor. Aynı zamanda büyük, karmaşık veri kümelerinin işlenmesinde güçlü bir yerel uzmanlığa da sahiptir.

Bunun gibi keşifler gelişmiş veri işlemeye, sinyal çıkarmaya ve bilimsel yorumlamaya dayanır. Bunların hepsi Güney Afrika araştırma topluluğu içindeki önemli güçlü yönlerdir. MeerKAT gibi mevcut keşif teleskoplarını kullanmaktan dünyanın en büyük radyo gözlemevi olan SKAO, Güney Afrika’yı inşa etmeye ve işletmeye doğru ilerlerken, Güney Afrika veri yoğunluklu astronomi için bir merkez olarak kalmaya devam edecek şekilde iyi bir konuma sahip. Bunun gibi sonuçlar ülkenin alanın geleceğini şekillendirmedeki rolünü güçlendiriyor.