Kozmik şafak yakıt keşfi erken galaksi büyüme sırlarını ortaya çıkarıyor

Gökbilimciler, devasa, yıldız oluşturan bir galaksi olan REBELS-25’te, yıldız oluşumunun doğrudan yakıtı olan devasa bir soğuk moleküler gaz rezervuarı keşfettiler. Leiden Üniversitesi’nden yönetilen ekip, evrenin yalnızca 700 milyon yaşında olduğu, yani şu anki yaşının yaklaşık %5’i olduğu dönemde görülen REBELS-25’e odaklandı. Araştırma dergide yayınlandı Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.

Gökbilimciler, evrenin genişlemesinin galaksinin ışığını daha kırmızı dalga boylarına ne kadar uzattığını ölçen bu mesafeyi tanımlamak için “kırmızıya kayma”yı kullanıyor. Kırmızıya kayma ne kadar yüksek olursa, zamanda o kadar geriye bakarız. REBELS-25, ilk yıldızların ve galaksilerin karanlık, nötr evreni bugün etrafımızda gördüğümüz evrene dönüştürdüğü önemli bir dönem olan Yeniden İyonlaşma Çağı’nın derinliklerinde kırmızıya kayma z = 7,3’te bulunuyor.

Galaksiler gazı yıldızlara dönüştürerek büyürler ve soğuk moleküler gaz birincil yakıttır. Şimdiye kadar gökbilimciler erken dönem parlak, devasa galaksilerin büyük gaz kaynaklarına sahip olduğundan şüpheleniyordu, ancak hiç kimse onları bu mesafelerde doğrudan tespit etmemişti.

Bilim adamları, New Mexico’nun Socorro İlçesindeki bir radyo teleskopu olan ABD Ulusal Bilim Vakfı Çok Büyük Dizisini (NSF VLA) ve Şili And Dağları’ndaki Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisinden (ALMA) elde edilen verileri kullandılar. NSF VLA, kozmik moleküler gazı takip ederek belirli frekanslarda yayılan karbon monoksit (CO) moleküllerinden gelen zayıf radyo emisyonunu araştırdı.

NSF VLA gözlemleri, evrende bugüne kadarki en uzak düşük enerjili CO tespitini oluşturan, soğuk gazı izleyen belirli bir CO hattından kaynaklanan emisyonu ortaya çıkardı. Sinyalin parlaklığı, REBELS-25’in, evren çok gençken zaten çok büyük miktarda yıldız oluşturucu malzemeye sahip olduğunu gösteriyor. ALMA’nın yüksek enerjili CO2 verileri, NSF VLA sonuçlarıyla birleştiğinde, erken evren koşulları altında gazın yoğunluğunu ve sıcaklığını kısıtladı.

Kozmik tarihte şimdiye kadarki soluk düşük enerjili CO2 çizgilerini tespit etmek zordur. Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra ortaya çıkan kalıntı radyasyonu oluşturan kozmik mikrodalga arka planı (CMB), bu emisyonun tespit edilmesi gereken bir arka plan görevi görüyor. Bu etki tüm kozmik çağlarda mevcut olmasına rağmen, CMB yüksek kırmızıya kaymada önemli ölçüde daha parlak hale gelir, soğuk gaz emisyonunun kontrastını azaltır ve bu tür gözlemleri giderek zorlaştırır. CMB’nin etkisi galaksideki fiziksel koşullara bağlı olduğundan, gökbilimciler en eski sistemlerde soğuk moleküler gazın ne kadar tespit edilebilir olacağı konusunda kararsızlardı.

Ph.D. Karin Cescon, “Sonuçlarımız, Büyük Patlama’dan sadece 700 milyon yıl sonra galaksilerin yıldız oluşumuna uygun büyük soğuk gaz rezervleri içerdiğini gösteriyor” dedi. Leiden Üniversitesi öğrencisi ve başyazar. “Bu derin NSF VLA gözlemleriyle, CMB’nin ortaya çıkardığı gözlemsel zorlukların üstesinden gelmeyi başardık.” Bu, doğru teleskoplarla gökbilimcilerin Yeniden İyonlaşma Çağının derinliklerindeki soğuk moleküler gazı görebildiklerini gösteriyor.

Bu sonuçlar, Büyük Patlama’dan sonra ilk galaksilerin nasıl bu kadar hızlı hale geldiğine dair önemli bilgiler sağlıyor. Gökbilimciler artık yıldız oluşturan yakıtın kendisini tespit ederek bu hızlı büyümeyi sağlayan gazı dolaylı olarak çıkarmak yerine ölçebiliyorlar. REBELS-25’in büyük gaz kütlesi, bazı erken gökadaların yoğun yıldız oluşumu için zaten hazır olduğunu gösteriyor; bu, evrenin ilk milyar yılındaki kütle oluşumunu anlamada önemli bir adımdır.

Bu başarı, New Mexico, Batı Teksas, doğu Arizona, kuzey Meksika ve Kuzey Amerika boyunca antenler içeren planlı bir Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi teleskopu olan Yeni Nesil Çok Büyük Dizinin (ngVLA) habercisidir. NgVLA, bu ölçümleri 10 kat daha hızlı hale getirerek erken gökadaların çok daha büyük örneklerinin tespit edilmesini sağlayacak ve bireysel parlak vaka çalışmalarının ötesine geçecektir.

REBELS-25’in “buzdağının görünen kısmı” olabileceği yerde, ngVLA daha sönük ve daha uzak sistemleri inceleyecek. ALMA ile eşleştirildiğinde galaksilerin kozmik şafak sırasında nasıl yakıt topladığını ve büyüdüğünü haritalandırabilecek.

Cescon’un Ph.D.’si, “Bu NSF VLA tespiti, ngVLA ile gelecek olanlara dair heyecan verici bir ön bakıştır” dedi. danışman Profesör Jacqueline Hodge. “NgVLA, daha eski zamanlarda olanlar da dahil olmak üzere çok daha fazla genç galakside soğuk gaz bulmamıza ve incelememize olanak tanıyacak. Bu, ilk galaksilerin nasıl oluştuğunu ve büyüdüğünü anlamak için çok önemli olacak.”