Hubble, Evren’in Karanlıktan Doğuşundaki Şaşırtıcı Dönüşü Ortaya Çıkarıyor

Michigan Üniversitesi’nden astronomların da dahil olduğu uluslararası bir araştırma ekibi, patlayan yıldızların ürettiği güçlü rüzgârların ultraviyole ışının galaksilerden kaçmasını engelleyebileceğini tespit etti. Bu, yaygın olarak kabul gören bir teorinin öngördüğünün tam tersidir ve bilim insanlarının kozmik tarihteki en önemli dönüşümlerden birini anlama biçimlerini değiştirebilir.

Nature Astronomy‘de yayımlanan keşif, evrenin yaklaşık 13 milyar yıl önce ultraviyole ışına karşı şeffaf hale gelmesinin nasıl gerçekleştiğine dair yeni ipuçları sunuyor.

Erken Evren Kozik Sisinden Nasıl Çıktı

Büyük Patlama‘dan sonraki ilk milyar yıl boyunca, galaksiler arasındaki boşluğu dolduran geniş miktarda nötral hidrojen vardı. Bu hidrojen, kozik bir sis türü oluşturdu ve ultraviyole ışını emerek bu ışının evren boyunca özgürce yol almasını engelledi.

Bu durum, yaklaşık 13 milyar yıl önce başlayan ve yeniden iyonlaşma olarak bilinen bir dönemde değişti. Erken galaksilerin yoğun ışını, hidrojeni atomlarından elektronlarını kopararak kademeli olarak dönüştürdü ve pozitif yüklü protonlar ile serbest elektronlar bıraktı.

Hidrojen giderek daha fazla iyonlaştıkça, ultraviyole ışını galaksiler arası uzayda çok daha uzağa yol alabildi. Bu dönüşüm, astronomların bugün gözlemlediği nispeten şeffaf evrenin oluşumuna katkıda bulundu.

“Sonunda, galaksiler arası uzayı dolduran hidrojenin çoğunu iyonlaştırdığında, yeniden iyonlaşma da sona erdi ve evreni bugün böyle görüyoruz,” dedi Michigan Üniversitesi Astronomi Bölümü’nden doktora sonrası araştırmacı Cody Carr. “Yeniden iyonlaşmaya evrenin son büyük faz geçişi diyoruz.”

Devasa öneme sahip olsa da, astronomlar yeniden iyonlaşmadan sorumlu ışını sağlayan nesnelerin hangileri olduğu veya bu ışının yeterli miktarın erken galaksilerden nasıl kaçabildiği konusunda hâlâ tamamen bir fikir yürütemiyor.

“İyonlaşmanın hangi nesneler tarafından oluşturulduğunu ya da nasıl geliştiğini tam olarak bilmiyoruz,” dedi Carr. Çin’deki Zhejiang Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışırken araştırmayı yürüten ve yöneten, ardından Michigan Üniversitesi’ne katılan araştırmacı, “Olduğunu biliyoruz, ancak bu soruların yanıtlarını tam olarak sahip değiliz” dedi.

Hubble, Patlayan Yıldızlar Hakkındaki Önde Gelen Kuramı Sınılıyor

Yıllarca süren önde gelen açıklamalardan biri, belirli yıldızların ömürlerini tamamladıkları anda meydana gelen güçlü patlamalar olan süpernovalara dayanıyordu. Bu patlamalar, galaksilerin içinden geçerek gazı ve diğer maddeyi dışarı iten devasa rüzgarlar oluşturabilir.

Bilim insanları, bu rüzgarların genç yıldızların etrafındaki gazın içinden yol açarak ultraviyole ışınımın galaksiler arası boşluğa sızmasına olanak tanıdığını öne sürdü. Dışarı çıktıkça, bu ışınım evrenin kadim sisiyle sonuçlanan nötral hidrojeni parçalamaya yardımcı olabilirdi.

Bununla birlikte, Hubble’dan gelen yeni gözlemler, bu açıklamanın süreci tersine çevirdiğini işaret ediyor.

Işınımın sızması için yol açmak yerine, araştırmacılar daha güçlü galaktik rüzgarların daha az sızan iyonlaştırıcı ışınım ile ilişkili olduğunu buldu. Gözlemler, süpernovaların oluşturduğu rüzgarların ışınımın bir galaksiden çıkmasını aslında zorlaştırabileceğini gösteriyor.

“Temel olarak, bu galaksilerin iyonlaştırıcı ışınımı sızdırma biçimi, düşündüğümüz gibi değil,” dedi Carr.

Sonuçlar, farklı bir olasılığa destek veriyor. Genç, kütülcük yıldızlardan gelen ışınım, bu yıldızlar süpernovalar olarak patlayıp etrafındaki ortamı yeniden şekillendiren büyük rüzgarlar oluşturmadan önce galaksilerinden sızabilir.

“Gözlemlerimiz, bu fotonların galaktik rüzgarlar oluşmadan önce sızdığını gösteriyor,” dedi Carr.

Fotonlar, ışık enerjisinin bireysel paketleridir. Bu durumda araştırmacılar, hidrojeni iyonlaştıracak kadar enerjik olan ultraviyole fotonlarla ilgileniyor; bu da onları erken evrenin nasıl şeffaf hale geldiğini anlamak için temel önem taşıyor.

Hubble, Yakın Patlama Yıldızlı Galaksilerde Ne Keşfetti

Nışmanın nasıl kaçtığını araştırmak için uluslararası ekip, Hubble Uzay Teleskobunu yakın yıldız patlaması galaksilerini incelemek için kullandı. Bunlar, olağanüstü derecede yoğun yıldız oluşum dönemleri yaşayan galaksilerdir ve iyonlaşma sürecine katkıda bulunduğu düşünülen galaksi türlerinin günümüzdeki örnekleri olarak değerlendiriliyor.

NASA’nın, Avrupa Uzay Ajansının katklarıyla hayata geçirilen misyonu olan Hubble, araştırmacıların bu galaksilerden gelen ışığı ayrıntılı biçimde incelemesini sağladı.

Ekip, farklı dalga boylarında ne kadar ışık bulunduğunu ortaya spectralarıyı inceledi. Bu spectralarındaki desenlerin incelenmesiyle gökbilimciler, yıldızların etrafındaki gaz hakkında bilgi edinebilir ve gazın ne kadar hızlı hareket ettiğini belirleyebilir.

Gaz, ışığın belirli dalga boylarını soğurur ve galaksinin spektrumunda tanınabilir çöküşler oluşturur. Bu çöküşlerin konumları ve şekilleri, galaktik rüzgârların hızı ve hareketi hakkında ipuçları verir.

Araştırmacılar rüzgârların hızını her galaksiden kaçan iyonlaştırıcı ışınım miktarıyla karşılaştırdıklarında, sürpriz bir ilişki ortaya çıkardı. En hızlı rüzgârlara sahip galaksiler, iyonlaştırıcı ışınımın en küçük oranının kaçmasına izin verdi.

Bu sonuç, daha güçlü rüzgârların daha fazla gazı temizleyerek ışınımın galaksiler arası alana ulaşmasını kolaylaştırması beklentisiyle doğrudan çelişiyor.

“Süpernovalardan gelen enerji girişinin çevreyi karıştırdığı ve iyonlaştırıcı ışınım kaçışını baskılayan nötr gaz ve toz kapsamasını azaltmak yerine artırdığı görülüyor,” dedi çalışmanın kıdemli yazarlarından ve Johns Hopkins Üniversitesi Fiziksel Astronomi Merkezi Müdüründen Stephan McCandliss.

Kısacası, ultraviyole ışın için bir yol açmak yerine, patlayan yıldızlardan gelen enerjinin gaz ve tozu, daha fazlasını engelleyebilecek biçimlerde yeniden dağıttığı görülüyor.

Genç Yıldızlar Kosmik İyonlaşmanın Anahtarı Olabilir

Büyük galaktik rüzgârlar kaçış ışınımını baskılsa da, genç yıldızların etrafındaki daha küçük rüzgârlar ve diğer etkinlikler, etraftaki gazda açıklar oluşturmaya devam edebilir.

Bu süreçler, ilk süpernovalar patlamadan önce gerçekleşiyor olabilir; bu da radyonun koşulların daha elverişli olduğu bir dönemde kaçma şansı bulmasına olanak tanır.

Bulgular, astronomların yıldız oluşumunun en erken evrelerinde ne olduğuna, patlayan yıldızların etkileri üzerine öncelikli olarak odaklanmak yerine, daha fazla dikkat etmeleri gerekebileceğini gösteriyor.

Carr ve meslektaşları, daha fazla galaksi incelemek ve aynı örüntülerin başka yerlerde de görüp görülmediğini araştırmak için Hubble ile ek gözlem süresi kazanmaya çalışıyor. Ek gözlemler, genç yıldızların etkinliğinin iyonlaştırıcı radyonun kaçmasında ne kadar önemli olduğunu belirlemeye yardımcı olabilir.

Bulgular, aynı zamanda erken evrenin bilgisayar simülasyonları için de sonuçlar taşıyor. Bu simülasyonlar, galaksilerin nasıl oluştuğunu, gazların galaksiler içinde nasıl hareket ettiğini ve radyonun sonunda galaksiler arası boşluğu dolduran hidrojeni nasıl dönüştürdüğünü yeniden yaratmaya çalışıyor.

“Süpernovalar, iyonlaştırıcı radyonun galaksilerden nasıl kaçtığını açıklayan kozmolojik hidrodinamik simülasyonlarında merkez bir rol oynar,” dedi çalışmanın kıdemli yazarlarından ve Zhejiang Üniversitesi Kozmoloji ve Hesaplamalı Fizik Merkezi Direktörü Renyue Cen. “Bulgularımız, ilk süpernovalar patlamadan önce radyonun ve genç yıldızların rüzgarlarının etrafındaki gazı nasıl şekillendirdiğini incelemenin gerekliliğini vurguluyor.”

Bu keşif, evrenin son büyük faz geçişini neyin nedenlediği sorusunu henüz kesin olarak çözmiyor. Ancak, evrenin antik sisi kaldırmasına yardımcı olan radyonun, güçlü yıldız patlamaları etraflarını dönüştürmeye başlamadan önce galaksilerden kaçmış olabileceğini işaret eden önemli bir yeni ipucu sağlıyor.

Uluslararası Araştırma İşbirliği ve Finansman

Araştırma, dünya çapında bir düzineden fazla kurumdan neredeyse 30 bilim insanını bir araya getirdi. Michigan Üniversitesi’nde astronomi profesörü Sally Oey de çalışmaya katkıda bulundu.

Proje, Zhejiang Üniversitesi, Zhejiang Eyaleti Üst Seviye Araştırma Destek Programı, Çin Ulusal Doğal Bilimler Fonu, İspanya Bilim, Yenilik ve Üniversiteler Bakanlığı, Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu ve Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 Araştırma ve Yenilik Programı’ndan ek mali destek aldı.

Araştırma aynı zamanda NASA ve ABD Ulusal Bilimler Fonu’ndan gelen federal fonlarla da kısmen desteklendi. Hubble Uzay Teleskobu gözlemleri için sağlanan ek destek, Space Telescope Science Institute tarafından yönetilen bir hibe aracılığıyla geldi.