Hawai’deki güçlü Subaru teleskopu, 12.88 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan şimdiye kadar görülen en uzak galaksiyi buldu - bu, Big Bang'den sadece 780 milyon yıl sonra. Nesneleri gözlemlemek, bu uzak mesafeler nedeniyle değil, aynı zamanda Evrenin büyük kısmı nötr hidrojenin arkasında gizlenmiş olduğu için son derece zordur. Yıldızlar ancak bu nötr hidrojeni temizlemeye başladı ve Evreni şeffaf hale getirdi.
Hawai'de Subaru teleskopunu kullanan astronomlar, evrendeki en uzak bilinen galaksiyi bulmak için diğer tüm astronomlardan 60 milyon yıl daha geriye bakmışlardır. Bunu yaparken, bilinen en uzak ve en eski gökadaları bulmak için Subaru’nun rekorunu elinde tutuyorlar. En son keşifleri, gökbilimcilerin 12.88 milyar yıl önce göründüğü kadar uzakta gördüğü I0K-1 adlı bir galaksidir.
Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi (NAOJ) Masanori Iye, Tokyo Üniversitesi'nden Kazuaki Ota, NAOJ'dan Nobunari Kashikawa ve diğerleri tarafından yapılan gözlemlere dayanan bu keşif, galaksilerin evrenin ortaya çıkmasından sadece 780 milyon yıl sonra var olduğunu gösteriyor. yaklaşık 13.66 milyar yıl önce temel parçacıklardan oluşan sıcak bir çorba olarak.
Bu galaksideki ışığı tespit etmek için, gökbilimciler, aday uzak galaksileri aramak için özel bir filtreyle donatılmış Subaru teleskopunun Suprime-Cam kamerasını kullandılar. 41.533 nesne buldular ve Subaru'daki Faint Object Camera ve Spectrograph (FOCAS) kullanılarak daha fazla çalışma için iki aday galaksi belirlediler. İkisinin daha parlak olan IOK-1'in, 12.88 milyar ışık yılı mesafesini doğrulayan 6.964 kırmızıya kayması olduğunu buldular.
Keşif, astronomları Büyük Patlama'dan sonra 780 ile 840 milyon yıl arasında ne olduğunu tam olarak belirlemeye zorluyor. IOK-1, yeni çalışmada bu uzak döneme ait olabilecek iki gökadadan biridir. Büyük Patlama'dan 840 milyon yıl sonra keşfedilen gökada sayısı göz önüne alındığında, araştırma ekibi bu mesafeden altı gökada bulmayı bekliyordu. IOK-1 gibi nesnelerin karşılaştırmalı nadirliği, evrenin iki dönemi ayıran 60 milyon yıl boyunca değişmiş olması gerektiği anlamına gelir.
Olanların en heyecan verici yorumu, gökbilimciler tarafından bilinen bir olayı evrenin yeniden iyonlaştırılması olarak görmemizdir. Bu durumda, Büyük Patlama'dan 780 milyon yıl sonra, evren hala sıcak genç yıldızlarının ürettiği ışığı emerek genç galaksilere bakışımızı engellemek için yeterli nötr hidrojene sahipti. Altmış milyon yıl sonra, kalan nötr hidrojeni iyonize edecek, evreni şeffaflaştıracak ve yıldızlarını görmemize izin verecek kadar sıcak genç yıldız vardı.
Sonuçların başka bir yorumu, Büyük Patlama'dan 780 milyon yıl sonra 60 milyon yıl sonra daha az büyük ve parlak genç gökada olduğunu söylüyor. Bu durumda, yeniden iyonlaşmanın çoğu 12.88 milyar yıl önce gerçekleşirdi.
Sonunda hangi yorumlama geçerli olursa olsun, keşif, gökbilimcilerin şimdi evrenin “Karanlık Çağları” ndan ışık kazdıklarını gösteriyor. Bu, ilk kuşak yıldızların ve galaksilerin ortaya çıktığı dönem ve gökbilimcilerin şimdiye kadar gözlemleyemediği bir dönem.
ARKAPLAN BİLGİSİ:
Özel Filtreler Kullanarak Erken Evren Arkeolojisi
Yenidoğan gökadalar çok çeşitli kitlelere sahip yıldızlar içerir. Daha ağır yıldızlar daha yüksek sıcaklıklara sahiptir ve yakındaki gazı ısıtan ve iyonize eden ultraviyole radyasyon yayar. Gaz soğudukça nötr duruma dönebilmesi için fazla enerjiyi yayar. Bu işlemde, hidrojen daima Lyman-alfa hattı adı verilen 121.6 nanometrede ışık yayacaktır. Çok sıcak yıldızları olan herhangi bir galaksi bu dalga boyunda parlak bir şekilde parlamalıdır. Yıldızlar aynı anda oluşursa, en parlak yıldızlar 10 ila 100 milyon yıl boyunca Lyman-alfa emisyonu üretebilir.
Evrende erken zamanlarda var olan IOK-1 gibi galaksileri incelemek için, gökbilimciler, evren genişledikçe uzatılmış ve daha uzun dalga boylarına kaydırılan Lyman-alfa ışığını araştırmalıdır. Bununla birlikte, 700 nanometreden daha uzun dalga boylarında, gökbilimciler, Dünya'nın kendi atmosferindeki OH moleküllerinden uzak nesnelerden gelen hafif emisyonlara müdahale eden ön plan emisyonlarıyla uğraşmak zorundadır.
Uzak gökadalardan gelen hafif ışığı tespit etmek için, araştırma ekibi, Dünya atmosferinin fazla parlamadığı dalga boylarında 711, 816 ve 921 nanometrelik pencerelerden gözlemlemekteydi. Bu pencereler, sırasıyla 4.8, 5.7 ve 6.6 kırmızıya kaymaları olan galaksilerden gelen kırmızıya kaymış Lyman-alfa emisyonuna karşılık gelir. Bu rakamlar evrenin şimdiye kadar ne kadar küçük olduğunu gösteriyor ve Big Bang'den sonra 1.26 milyar yıl, 1.01 milyar yıl ve 840 milyon yıl. Bu, bilim adamlarının farklı kazı katmanlarını görmelerini sağlayan belirli filtrelerle erken evrenin arkeolojisini yapmak gibidir.
Muhteşem yeni sonuçlarını elde etmek için ekip, sadece 973 nanometre civarında dalga boylarına sahip ışığa duyarlı bir filtre geliştirmek zorunda kaldı, bu da 7.0 kırmızıya kayma ile Lyman alfa emisyonuna karşılık geliyor. Bu dalga boyu, 1000 nanometreden daha uzun dalga boylarında hassasiyeti kaybeden modern CCD'lerin sınırındadır. NB973 olarak adlandırılan bu tür filtre, çok katmanlı kaplama teknolojisini kullanıyor ve geliştirilmesi iki yıldan fazla sürdü. Filtrenin sadece 973 nanometre civarında dalga boylarında ışık geçirmesi değil, aynı zamanda teleskopun ana odağının tüm görüş alanını eşit bir şekilde kapsaması gerekiyordu. Ekip, bir şirket olan Asahi Spectra Co.Ltd ile Subaru’nun Soluk Nesne Kamerası ile kullanmak üzere bir prototip filtre tasarlamak için çalıştı ve ardından bu deneyimi Suprime-Cam için filtre yapmak için uyguladı.
Gözlemler
NB973 filtresiyle gözlemler 2005 ilkbaharında gerçekleştirildi. 15 saatten fazla maruz kalma süresinden sonra, elde edilen veriler 24.9'luk sınırlayıcı bir büyüklüğe ulaştı. Bu görüntüde 41.533 nesne vardı, ancak diğer dalga boylarında çekilen görüntülerle yapılan bir karşılaştırma, nesnelerin sadece ikisinin yalnızca NB973 görüntüsünde parlak olduğunu gösterdi. Ekip, 7.0 kırmızıya kaymada yalnızca bu iki nesnenin gökada olabileceği sonucuna vardı. Bir sonraki adım, iki nesnenin (IOK-1 ve IOK-2) kimliğini doğrulamaktı ve ekip onları Subaru teleskopundaki Faint Object Camera ve Spectrograph (FOCAS) ile gözlemledi. 8.5 saatlik maruziyet süresinden sonra ekip, iki nesnenin daha parlak olan IOK-1'den bir emisyon hattı spektrumu elde edebildi. Spektrumu, uzak bir galaksiden Lyman-alfa emisyonunun karakteristiği olan asimetrik bir profil gösterdi. Emisyon hattı, 12.88 milyar ışıkyılı mesafeye ve Big Bang'den sonra 780 milyon yıl zamana karşılık gelen 968.2 nanometre dalga boyunda (kırmızıya kayma 6.964) merkezlendi.
İkinci Aday Galaksinin Kimliği
Üç saatlik gözlem süresi, IOK-2'nin doğasını belirlemek için kesin sonuçlar vermedi. Araştırma ekibi o zamandan beri analiz edilmekte olan daha fazla veri elde etti. IOK-2'nin başka bir uzak galaksi olması veya değişken parlaklığa sahip bir nesne olması mümkündür. Örneğin, bir süpernova veya bir kara delik olan bir galaksi, NB973 filtresiyle gözlemler sırasında parlak görünen malzemeyi aktif olarak yutuyor. (Diğer filtrelerdeki gözlemler bir ila iki yıl önce yapılmıştır.)
Subaru Derin Sahası
Subaru teleskopu en uzak gökadaların aranması için özellikle uygundur. Dünyadaki 8-10 metrelik sınıf teleskopların hepsinden, kamerayı ana odak noktasına monte etme yeteneğine sahip tek kişi. Teleskop tüpünün üstündeki ana odak, geniş bir görüş alanının avantajına sahiptir. Sonuç olarak, Subaru şu anda bilinen en uzak gökadaların listesine hakim. Bunların çoğu, araştırma ekibinin birçok dalga boyunda yoğun çalışma için seçtiği Subaru Derin Alan adlı Coma Berenices takımyıldızı yönünde gökyüzünün bir bölgesinde.
Evrenin Erken Tarihi ve İlk Gökadaların Oluşumu
Bu Subaru başarısını bağlama koymak için, erken evren tarihi hakkında bildiklerimizi gözden geçirmek önemlidir. Evren, yaklaşık 13.66 milyar yıl önce ateşli bir aşırı sıcaklık ve basınç kaosunda meydana gelen Big Bang ile başladı. İlk üç dakika içinde, bebek evren hızla genişledi ve soğudu, hidrojen ve helyum gibi hafif elementlerin çekirdeğini üretti, ancak çok daha ağır elementlerin çekirdeğini üretti. 380.000 yılda, şeyler yaklaşık 3.000 derecelik bir sıcaklığa kadar soğumuştu. Bu noktada, elektronlar ve protonlar nötr hidrojen oluşturmak için birleşebilir.
Şimdi atom çekirdeğine bağlı elektronlar ile, ışık elektronlar tarafından dağılmadan uzayda gezebilir. O zamanlar evrene nüfuz eden ışığı gerçekten tespit edebiliriz. Bununla birlikte, zaman ve mesafe nedeniyle, evreni mikrodalgalar (Kozmik Mikrodalga Arka Planı adı verilen) olarak algıladığımız radyasyonla dolduran 1.000 faktör kadar uzatılmıştır. Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) uzay aracı bu radyasyonu inceledi ve verileri gökbilimcilerin evrenin yaşını yaklaşık 13.66 milyar yılda hesaplamasına izin verdi. Ek olarak, bu veriler karanlık madde ve daha da gizemli karanlık enerji gibi şeylerin varlığını ima eder.
Gökbilimciler, Büyük Patlama'dan sonraki ilk birkaç yüz milyon yıl boyunca evrenin soğumaya devam ettiğini ve maddenin ve karanlık maddenin en yoğun bölgelerinde ilk nesil yıldızlar ve galaksilerin oluştuğunu düşünüyorlar. Bu dönem evrenin “Karanlık Çağları” olarak bilinir. Bu olayların henüz doğrudan bir gözlemi yoktur, bu nedenle astronomlar ilk yıldızların ve galaksilerin oluşumunu anlamak için teorik tahminleri ve mevcut gözlemsel kanıtları birleştirmek için bilgisayar simülasyonlarını kullanırlar.
Parlak yıldızlar doğduktan sonra, ultraviyole radyasyonları yakındaki hidrojen atomlarını ayrı elektronlara ve protonlara bölerek iyonize edebilir. Bir noktada, evrendeki neredeyse tüm nötr hidrojeni iyonlaştırmak için yeterli parlak yıldız vardı. Bu sürece evrenin yeniden iyonlaştırılması denir. Yeniden iyonlaşma dönemi, evrenin Karanlık Çağlarının sonunu işaret eder. Bugün galaksiler arasındaki boşluktaki hidrojenin çoğu iyonize olur.
Reiyonizasyon Çağını Belirleme
Gökbilimciler, yeniden iyonlaşmanın evrenin doğumundan 290 ila 910 milyon yıl sonra gerçekleştiğini tahmin etmişlerdir. Reiyonizasyon çağının başlangıcını ve sonunu belirlemek, evrenin nasıl geliştiğini anlamak için önemli basamak taşlarından biridir ve kozmoloji ve astrofizik üzerine yoğun bir çalışma alanıdır.
Zaman içinde daha geriye baktığımızda, galaksiler daha nadir ve daha nadir hale geliyor. 7,0 kırmızıya kayması olan (Big Bang'den yaklaşık 780 milyon yıl zamana karşılık gelen) gökada sayısı, gökbilimcilerin 6.6 kırmızıya kaymasıyla (Big Bang'den yaklaşık 840 milyon yıl zamana karşılık gelen) daha az görünüyor. . 7.0 kırmızıya kaymada bilinen bilinen gökada sayısı hala az olduğundan (sadece bir tane!) Güçlü istatistiksel karşılaştırmalar yapmak zordur. Bununla birlikte, daha yüksek kırmızıya kaymada gökada sayısındaki azalmanın, daha yüksek kırmızıya kaymada galaksilerden Lyman-alfa emisyonunu emen nötr hidrojenin varlığından kaynaklanması mümkündür. Daha fazla araştırma, benzer galaksilerin sayı yoğunluğunun 6.6 ve 7.0 kırmızıya kayması arasında azaldığını teyit edebilirse, IOK-1'in evrenin yeniden birleşmesi döneminde var olduğu anlamına gelebilir.
Bu sonuçlar Nature'ın 14 Eylül 2006 tarihli sayısında yayınlanacak.
Orijinal Kaynak: Subaru Haber Bülteni
