Webb ve Hubble’dan Yıldız Beşikleri, Galaksiler ve Yerçekimsel Merceklenmeye Yeni Görüntüler

James Webb Uzay Teleskobi ve Hubble Uzay Teleskobi’ni kullanan ekipler — ikisi de NASA ile Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından ortaklaşa işletiliyor, Kanada Uzay Ajansı da Webb’e katılıyor — yakın zamanda evrenimizin karmaşık ve sürekli değişken benzersizliğini öne çıkaran birkaç göz alıcı fotoğraf yayınladı. Webb’in görüntüleri bir yıldız doğum yeri ve galaksi kümesini; Hubble’ın görüntüleri ise senkronize olmayan bir galaksiyi ve kabarcık benzeri bir bulutsuyu gösteriyor.

Webb, NGC 7129 içindeki bebek yıldızları ortaya çıkarıyor

Zamandan 3.300 ışık yılı uzaklıkta, yıldızların oluşumunu başlatmaya yardımcı toz bulutlarıyla dolu bir bölge olan NGC 7129 adlı bir yıldız doğum yeri bulunuyor. Bu toz bulutları genç protoyıldızların oluşumundan büyük ölçüde sorumlu olsa da, aynı zamanda optik dalga boylarında genç yıldızlardan gelen ışığı da engeller. Webb’in inanılmaz kızılötesi hassasiyeti, enstrüman setinin bu tozun içinden doğrudan görmesini sağlar ve evrimsel yaşamlarının farklı aşamalarında yüzlerce yıldızı ortaya çıkarır.

NGC 7129’daki en kütley yıldız, bölgenin merkezinde yer alan ve Webb’in aynasında parlak altı kırınım ışınıyla işaretlenen LkHα 234’tür. Bir yıldız ne kadar kütleyse o kadar hızlı evrilir; LkHα 234 gibi ana dizge öncesi yıldızlar zaten ihtiyaçları olan kütlenin tamamını biriktirmiş ve kendi yerçekimi kuvvetinin etkisiyle büzülmüştür. LkHα 234’ün kendisi Güneşimizden beşe sekiz kat daha kütledir.

NGC 7129’un Webb’in görüntüsü. (Kaynak: NASA/ESA/CSA/STScI/ A. Pagan (STScI))

LkHα 234’ün solunda yer alan büyük altın rengi oyu, 3,5 ışık yılı boyunca uzanır ve yıldız doğduktan kısa bir süre sonra LkHα 234’ten çıkan hidrojen gazı outflow’ları (ışkınlar) tarafından oluşturulmuştur. Bu gazların çoğu sıkıştırılmıştır ve diğer yıldızların oluşumuna yardımcı olur; bölgede bazı yeni yıldızlar zaten görünür durumdadır. İki yıldızın etrafında “kemer şoku” olarak adlandırılan pembe, kabarcık benzeri yapılar bulunur; bunlar yıldız rüzgarları yakındaki enerjik gazı iterek oluşturulur. Bu yıldızlar LkHα 234 ile birlikte, hidrojen moleküllerinin atomlara ayrıştığı fotoiyonizasyon sınırını (foto-dissociation boundary) oluşturur.

LkHα 234’ün sağında yer alan kırmızı bölge, protoyıldızları gizleyen ve doğrudan bunları oluşturan topaklı maddeden oluşur — en genç yıldızlar. Protoyıldızlar ana dizge öncesi yıldızlardan bile Gençtir ve toz ile gazdan sıkıştırılmış bulutlardan oluşurlar. Bu bölgenin kırmızı parıltısı, protoyıldızların aşırı ısınmış maddeyi outflow’larla dışarı fışkırtmasının, ardından da bunların kendilerini oluşturulan yoğun maddenle etkileşmesinden kaynaklanır. Bölgede çok sayıda protoyıldız oluştuğu için birkaç outflow (ışkın) sık sık üst üste biner ve etkileşir; bu da ona karmaşık, kaotik bir görünüm verir.

Hubble, senkronize olmayan NGC 4698’i gözlemliyor

Sarmal galaksiler evrenimizin en düzgün ve tutarlı nesneleri arasındadır. Yengeç takıyıldızı (Virgo) içinde 55 milyon ışık yılı uzaklıkta yer alan NGC 4698, ilk bakışta başka türlü görünmez; ancak yeni Hubble gözlemleri onun neredeyse tamamen düzgün olmadığını göstermiştir. Bu galaksi, merkezdeki çıkıntısı (bulge) galaktik düzlemine dik uzanan bilinen sarmal galaksilerden biridir. Bu durum, merkez çıkıntısındaki yıldızların ve gazın, diskin geri kalanının tersine dik yönde dönmesine neden olur.

Bilim insanları bu senkronize olmayan doğanın, galaksiye gaz yönlendiren dışarıdan bir kuvvetten kaynaklandığına inanıyor. Bu dışarıdan gelen gaz, galaksinin merkezinde ana galaktik düzleme göre farklı bir açıda, gaz ve yıldızlardan oluşan ayrı bir disk oluşturmuş olabilir. Bazı gözlemler ayrıca NGC 4698’in geçmişte başka bir galaksiyle birleşme geçirmiş olabileceğini öne sürüyor; galaksinin bir tarafından uzanan küçük bir hidrojen kolu gözlemlenmiştir.

NGC 4698’un Hubble’ın görüntüsü. (Kaynak: ESA/Hubble/NASA/D. Thilker/MAUVE-HST Team)

Galaksinin merkez çıkıntısının beyaz parıltısı, binlerce küçük, eski ve soğak yıldız tarafından oluşturulur. Dış disk boyunca çok daha büyük, genç ve mavi görünümlü yıldızlar görülebilir. Galaksinin merkezinde, Güneşimizden milyon kat fazla kütleye sahip bir süperkitleli kara delik bulunur. Gözlemler, bu kara deliğin görünüşte büyüdüğünü; yoğun yerçekiminin gazı, tozu ve hatta yıldızları sürekli olarak içine çektiğini gösteriyor.

Bu Hubble gözlemi, Yengeç takıyıldızı (Virgo) içinde bininden fazla galaksiden oluşan büyük bir küme olan Virgo Kümesi içindeki galaksileri gözlemlemek ve karakterize etmek üzerine odaklanan #18103 numaralı gözlem programının bir parçası olarak alındı.

Webb, MACS J0454.1-0300 içinde bükülen ışığı görüyor

Kütlesi inanılmaz derecede büyük bir nesne, doğrudan başka parlak ve daha uzak bir nesnenin önünde bulunduğunda, uzak nesneden gelen ışık yakındaki nesnenin etrafında “bükülür” ve büyütülür — yerçekimi merceği (gravitational lensing) olarak bilinen bu olgu. Yerçekimi mercekliği birden fazla nesneyi etkileyebilir; bunu da galaksilerin etrafında daha da uzak galaksilerden gelen ışığı bükerek ortaya çıkaran Webb’in son dönemde MACS J0454.1-0300 galaksi kümesinin görüntüsü kanıtlıyor.

Webb’in görüntüsünde, MACS J0454.1-0300 içindeki galaksiler sarı, dağınık görünümleriyle karakterize edilir; daha uzakta ve yerçekimi mercekliğine uğramış galaksilerden gelen ışık ise turuncu görünür.

MACS J0454.1-0300 Dünya’dan son derece uzaktır; Webb’in görüntüsündeki ışık, kümenin evrenin sekiz milyar yaşında olduğu döneme ait olduğunu gösteriyor. Işık sınırlı bir hızda yol alır ve evreninin inanılmaz büyüklüğü göz önüne alındığında, son derece uzak nesnelerden gelen ışığın bize ulaşması zaman alır. Ayrıca evken genişledikçe, bu ışıkların çoğu kızılötesine kayar (redshift) ve Hubble gibi optik teleskoplara göre bu nesneleri gizler. Neyse ki Webb’in kızılötesi hassasiyeti, bilim insanlarına görkemli kümenin ve yerçekimi mercekliğinin gözlemlenmesine olanak tanıdı.

MACS J0454.1-0300’un Webb’in görüntüsü. (Kaynak: ESA/Webb/NASA/CSA/L. Furtak/S. Fujimoto)

Yerçekimi mercekliğinin büyütmesi, bilim insanlarına normal gözlem koşullarında teleskoplara çözülmesi çok uzakta olan nesneleri gözlemlemelerini ve karakterize etmelerini sağlar. Bozulmuş galaksilerden gelen ışığın bir kısmı onları evren sadece iki milyar yaşında iken; hatta Büyük Patlama’dan (Big Bang) yalnızca 800 milyon yıl sonra ortaya çıkardığı gibi gösteriyor.

Işık bozulmuş olsa da, Webb’in gözlemleri galaksilerin birleşme geçirdiğini ve bunun sonucunda yoğun yıldız oluşumu yaşadıklarını öne sürüyor. Bozulmuş bölgelerde parlak “düğümcükler” (knots) de görülebilir; bu düğümcüklerin çapı 5 ışık yılına kadar küçülür ve 300 kat büyütülür.

Bu Webb gözlemi, iki gözlem programının parçası olarak alındı: #5058 ve #6882. Bu iki gözlem programının ikisi de kütveli galaksi kümelerinin yerçekimi mercekliği etkilerini kullanarak son derece uzak nesneleri gözlemlemeyi amaçlıyor.

Hubble, kabarcık benzeri LHA 120-N44’ü yakalıyor

Merkezdeki yıldızların patlamaları, kümenin iç gazını merkezinden uzaklaştıran süpernovalar (yaşanmış yıldızlar) üretmiştir; bu da içi boş bölgeyi çevreleyen dış kabuğu oluşturmuştur. Ancak şimdi yeni yıldızlar, dış kabuğun gazında ve tozunda oluşuyor; böylece LHA 120-N44 bir yıldız doğum yeri olarak hizmet verebiliyor.

Bilim insanları özellikle LHA 120-N44’e ilgi duyuyor çünkü mevcut görünümü onlara tüm yıldız oluşum sürecini baştan sona inceleme ve zamanlama imkanı tanıyor. Çoğu, soğak gaz bulutlarının yoğun, protoyıldız benzeri düğümcüklere çökmesinden sonra nükleer kaynaşmanın (füzyon) başlaması için ne kadar süre gerektiğini anlama ilgisi taşıyor.

LHA 120-N44 ve LHA 120-N44F’nin Hubble’ın görüntüsü. (Kaynak: ESA/Hubble/NASA/D. Gouliermis)

Hubble, LHA 120-N44 içindeki mevcut yıldızları saymak ve kataloglamak için kullanıldı; gözlem yaklaşık 500.000 yıldız ortaya çıkardı. Bu yıldızların 30.000’inden fazlası, çekirdeklerinde henüz hidrojeni helyuma kaynaştırmamış genç ana dizge öncesi yıldızlardır. Dış gaz kabuğu içindeki kütveli yıldızlar gazı ultraviyole ışınlarıyla enerjilendirerek ona parlak bir parıldama görünümü verir. Görüntünün sağ üst kısmında LHA 120-N44F olarak bilinen daha küçük bir kabarcık benzeri özellik, tek bir sıcak ve kütveli yıldızın yıldız rüzgarları tarafından oluşturulmuştur; bu rüzgarlar çevredeki gazı ve tozu uçurmuştu.

Bu Hubble gözlemi, LHA 120-N44 bölgesindeki galaksilerde henüz hidrojeni kaynaştırma başlamamış yıldızları karakterize etmeyi amaçlayan #14689 numaralı gözlem programının bir parçası olarak toplandı. Bu gözlem programı sırasında toplanan veriler, bilim insanlarına yıldız oluşumunu doğru şekilde zamanlamalarını ve yeni doğan yıldızların kesin kütlerini belirlemelerini sağlayacaktır. Ayrıca gözlemler, LMC ve evrenin erken dönemindeki galaksiler gibi helyumdan daha ağır elementlerden yoksun bölgelerde yıldız oluşumunun nasıl gerçekleştiğini gösterecektir.