Sağdan sola geçen zamanla, bu görselleştirme, evrenin Kozmik Şafakından sonra nötr hidrojen pusundan ilk yıldızların oluşumunu gösterir.
(Resim: © NASA / STScI)
Paul Sutter, Ohio Eyalet Üniversitesi'nde astrofizikçi ve COSI bilim merkezinde baş bilim insanıdır. Sutter ayrıca Ask Spaceman ve Space Radio'ya ev sahipliği yapıyor ve dünya çapında AstroTours'u yönetiyor. Sutter bu makaleye Space.com'un Uzman Sesleri: Op-Ed & Insights'a katkıda bulunmuştur.
Belki de evren üzerinde çalıştığımız son yüz yıldaki en büyük vahiy, evimizin zamanla değişmesi ve gelişmesidir. Ve sadece hareket eden yıldızlar, gaz bulutları sıkıştıran ve felaketli patlamalarda ölen büyük yıldızlar gibi önemsiz, küçük yollarla değil. Hayır, tüm kozmosumuz uzak geçmişinde temel karakterini bir kereden fazla değiştirdi, küresel - yani evrensel ölçekte iç durumunu tamamen değiştirdi.
Örneğin, sisli, kötü hatırlanmış geçmişte bir zamanlar yıldız olmadığı gerçeğini ele alalım.
İlk ışıktan önce
Bu basit gerçeği, tüm evreni ıslatan zayıf ama kalıcı bir radyasyon banyosu olan kozmik mikrodalga arka planının (SPK) varlığı nedeniyle biliyoruz. Rastgele bir fotonla (biraz ışık) karşılaşırsanız, CMB'den iyi bir şans var - bu ışık evrendeki tüm radyasyonun yüzde 99.99'undan fazlasını kaplıyor. Bu, evrenin sadece 270.000 yaşında olduğu ve sıcak, sallanan bir plazmadan nötr bir çorbaya (pozitif veya negatif yük olmadan) geçtiği bir kalıntıdır. Bu geçiş, 13,8 milyar yıl boyunca soğutulan ve mikrodalgalara uzanan beyaz sıcak radyasyonu serbest bıraktı ve bize bugün tespit edebileceğimiz arka plan ışığını verdi. [Kozmik Mikrodalga Arkaplan: Big Bang Relic Açıklaması (Infographic)]
SPK'nın yayınlandığı tarihte, evren mevcut hacminin yaklaşık milyonda biri ve binlerce derece daha sıcaktı. Aynı zamanda neredeyse tamamen homojendi ve yoğunluk farkları 100.000'de 1 kısımdan daha büyük değildi.
Yani, yıldızların mutlu bir şekilde var olabileceği bir durum değil.
Karanlık çağlar
SPK'nın (astronomi çevrelerinde sevgiyle "rekombinasyon" olarak bilinen), daha önceki dönemlerin tarihsel yanlış anlaşılmasından dolayı) milyonlarca yıl içinde, evren tuhaf bir haldeydi. Kalıcı bir beyaz-sıcak radyasyon banyosu vardı, ancak evren aşırı genişlemesine devam ettikçe radyasyon hızla soğuyordu. Tabii ki, kendi işini düşünerek takılan karanlık madde vardı. Ve şimdi nötr gaz, neredeyse tamamen hidrojen ve helyum vardı, nihayet radyasyonla mücadelelerinden serbest bırakıldı ve istediği gibi yapması serbestti.
Ve yapmaktan memnuniyet duyduğu şey, mümkün olduğunca kendisiyle takılmaktı. Neyse ki, çok çalışmak zorunda değildi: Son derece erken evrende, mikroskobik kuantum dalgalanmaları sadece yoğunluktaki küçük farklılıklar haline geldi (ve bunun neden başka bir gün için bir hikaye olduğunu). Bu küçük yoğunluk farklılıkları daha büyük kozmolojik genişlemeyi etkilemedi, ancak bu nötr hidrojenin yaşamlarını etkiledi. Ortalamadan biraz daha yoğun olan herhangi bir yamanın - küçük, küçük bir parça bile - komşuları üzerinde biraz daha güçlü bir çekim gücü vardı. Bu artan çekiş, daha fazla komşu ve benzerlerini teşvik eden yerçekimi römorkörünü güçlendiren partiye katılmaya daha fazla gaz teşvik etti.
Daha fazla eğlenceyi teşvik etmek için bir siren şarkısı gibi davranan bir ev partisinde yüksek sesle müzik gibi, milyonlarca yıl boyunca zengin gaz zenginleşti ve fakir gaz zayıfladı. Basit yerçekimi sayesinde, küçük yoğunluk farklılıkları büyüdü, maddenin ilk büyük yığınlarını oluşturdu ve çevrelerini boşalttı.
"Kozmik şafak" tatili
Bir yerlerde, bir yerlerde, bir miktar nötr hidrojen şanslıydı. Katmanları kendi üzerine ezici katmanlar üzerine yığma, en içteki çekirdek kritik bir sıcaklık ve yoğunluğa ulaştı, atom çekirdeklerini karmaşık bir desende bir araya getirerek, nükleer füzyonda tutuştu ve hammaddeyi helyuma dönüştürdü. Bu vahşi süreç de biraz enerji açığa çıktı ve bir anda ilk yıldız doğdu.
Big Bang'in ilk düzine dakikasından bu yana ilk kez, evrenimizde nükleer reaksiyonlar meydana geldi. Kozmosu noktalayan yeni ışık kaynakları, bir zamanlar boş olan boşlukları radyasyonla doldurdu. Ancak bu önemli olayın ne zaman gerçekleştiğinden tam olarak emin değiliz; bu çağın gözlemleri son derece zordur. Birincisi, geniş kozmolojik mesafeler en güçlü teleskoplarımızın bile ilk ışığı gözlemlemesini engelliyor. Daha da kötüsü, erken evrenin neredeyse tamamen nötr olması ve nötr gazın ilk etapta çok fazla ışık yaymamasıdır. Birkaç kuşak yıldız, bu önemli çağın karanlık bir ipucunu bile alabileceğimiz galaksiler oluşturmak için kendilerini bir araya getirene kadar değil.
İlk yıldızların evrenin ilk birkaç yüz milyon yılında bir yerde oluştuğundan şüpheleniyoruz. Çok geçmeden galaksiler, aktif galaktik çekirdekler ve hatta galaksi kümelerinin başlangıcına dair doğrudan gözlemlerimiz var - sonunda evrende ortaya çıkan en büyük yapılar. Onlardan bir süre önce ilk yıldızlar gelmek zorundaydı, ama çok erken değil, çünkü bebek evreninin telaşlı koşulları oluşumlarını engelleyecekti.
Ufuk Ötesi
Yaklaşan James Webb Uzay Teleskobu, erken galaksileri mükemmel bir hassasiyetle tespit edebilecek olmasına rağmen, erken evren hakkında zengin bir veri zenginliği sunmasına rağmen, teleskopun dar görüş alanı bize bu dönemin tüm resmini vermeyecektir. Bilim adamları, en eski gökadalardan bazılarının ilk yıldızların - hatta yıldızların kendilerinin - kalıntılarını içerebileceğini umuyor, ancak beklememiz ve (tam anlamıyla) görmemiz gerekecek.
Kozmik şafak kilidini açmanın diğer yolu, şaşırtıcı bir nötr hidrojen tuhaflığıdır. Elektron ve protonun kuantum spinleri rastgele döndüğünde, hidrojen çok spesifik bir dalga boyunun radyasyonunu yayar: 21 santimetre. Bu radyasyon, günümüz Samanyolu'ndaki nötr hidrojen ceplerini haritalamamıza izin veriyor, ancak kozmik şafak dönemine olan aşırı mesafeler tamamen farklı bir zorluk oluşturuyor.
Sorun şu ki, tüm galaksiler arası radyasyonun daha uzun dalga boylarına uzanmasına neden olan uzun ölü dönemden beri evren genişlemiştir. Günümüzde, bu primordial nötr hidrojen sinyalinin dalga boyu yaklaşık 2 metredir ve sinyali sıkıca radyo bantlarına yerleştirir. Ve evrendeki diğer birçok şey - süpernovalar, galaktik manyetik alanlar, uydular - aynı frekanslarda oldukça gürültülüdür ve evrenin ilk yıllarından gelen zayıf sinyali gizler.
Dünyanın dört bir yanında bu sulu kozmik şafak sinyaline ev sahipliği yapmaya, ilkel fısıltısını günümüz kakofonisinden çıkarmaya ve ilk yıldızların doğumunu ortaya koymaya çalışan birkaç görev var. Ama şimdilik, sadece beklememiz ve dinlememiz gerekecek.
"Kozmik şafak ne uyandı?" Bölümünü dinleyerek daha fazla bilgi edinin. http://www.askaspaceman.com adresinden iTunes ve Web üzerinde bulunan Ask A Spaceman podcast'inde. Bu parçaya yol açan sorular için Joyce S.'ye teşekkürler! #AskASpaceman kullanarak veya Paul @ PaulMattSutter ve facebook.com/PaulMattSutter'i takip ederek Twitter'da kendi sorunuzu sorun. Bizi @ Spacedotcom, Facebook ve Google + 'dan takip edin. Space.com'daki orijinal makale.
