İlk galaksiler söz konusu olduğunda, James Webb Uzay Teleskobu bu galaksilerin oluşumunu ve altta yatan karanlık madde ile olan bağlantılarını anlamaya çalışacaktır. Böylece galaksileri ve özellikle de oluşumlarını inceleyerek karanlık maddenin nasıl işlediğine dair bazı ipuçları alabiliriz. En azından bu umut. Görünüşe göre astronomi bundan biraz daha karmaşık ve bu uzak galaksileri incelerken uğraşmamız gereken en önemli şeylerden biri toz. Çok fazla toz.
Bu doğru: eski moda toz. Ve bazı süslü simülasyonlar sayesinde, resmi temizlemeye başlıyoruz.
Işık Olsun
Galaksiler ilk olarak oldukça uzun bir süre önce, sadece birkaç yüz milyon yıl boyunca evrenimizin tarihini oluşturmaya başladı. Ancak şu ana kadar bu ilk gökadaların doğrudan görüntüleri yok. Büyük bir teleskop olmadan ışıklarının bize ulaşması için çok uzaklar. Dahası, çok uzak oldukları ve ışık yayıldığından beri evren genişlediğinden, artık görünür ışıkta parlamıyorlar. Işıkları kızılötesi spektrumuna geri döndürüldü. Bu yüzden bu bebek gökadaların haritasını çıkarma şansı elde etmek için büyük bir kızılötesi teleskopa ihtiyacımız var. James Webb'e gir.
James Webb bir anket aracı değildir; evrenin inanılmaz büyük bir hacmini haritalamaz. Ama kesinlikle bize 13 milyar yıl önce evrenin neye benzediğine ve özellikle bu genç galaksilerin neye benzediğine dair bazı portreler verecektir. Ve bu galaksilerin yapısı ve bileşimi altta yatan karanlık maddeye bağlıdır. Karanlık madde miktarından, tam olarak neyden yapıldığından ve gruplaşmaya nasıl karar verdiğinden her şey galaksilerin oluşumunu etkiler. Karanlık maddenin bu (şu anda bilinmeyen) özellikleri, kaç gökada olduğunu, ne kadar parlak olduklarını ve hatta ne tür yıldızları barındırdıklarını değiştirir.
Ancak, galaksiler ve karanlık madde arasındaki bu bağlantı gerçekten sadece simülasyonlarda anlaşılmaktadır. Çünkü karanlık madde hakkında çok fazla doğrudan gözlemimiz yok (sanki adın kendisi size bir ipucu vermiyormuş gibi). Kısacası, karanlık maddenin ne olduğunu tam olarak anlamıyoruz. Bu yüzden bazen tahmin etmeliyiz ve bu tahminleri evrenin büyümesinin bir bilgisayar simülasyonuna yerleştirdik ve yıldızlar, gaz ve toz gibi normal maddenin buna nasıl tepki verdiğini ve galaksiler oluşturduğunu görüyoruz.
Toz Olsun
Bu yüzden James Webb tarafından ortaya çıkarılan gökadaların gerçek imajlarını ve istatistiklerini çeşitli simülasyonlarımızla karşılaştırarak, en iyi eşleşmeyi bulabilir ve hangi karanlık madde modelinin en doğru olduğunu seçebiliriz. Oradan, egzotik yerçekimi modellerini avlamak veya hatta karanlık enerjinin gizemli doğası hakkında bir ipucu elde etmek gibi evren hakkında daha fazla bilgi edinebiliriz (tamamen ayrı bir eşyadır).
Bu kulağa basit geliyor, ama öyle değil. Evrendeki gözlemler çok dağınık ve karmaşık ve genellikle çok zordur, çünkü evrenimizde sadece yıldızlar ve galaksiler ve karanlık madde ve James Webb Uzay Teleskobu'ndan çok daha fazlası vardır.
Toz da var. Bir sürü.
Toz, gökadaların içinde, gökadaların çevresinde ve gökadalar arasında dönen ve dönen karbon ve oksijen dizilerinden ve daha fazlasından oluşur. Galaksiler arası alanın oldukça dağınık bir yer olduğu ortaya çıkıyor. Sadece toz var. Ve toz ışıkla karışır.
Bu uzak gökadalardan gelen ışık, James Webb'e ulaşmak için milyarlarca ışık yılı boyunca milyarlardan geçerken, çok fazla tozla kesişir. Bu toz onu dağıtacak, zayıflatacak ve aynı zamanda kırmızıya kaydıracaktır. Başka bir deyişle, bu genç galaksilerin nasıl göründüğünü anlamaya çalışıyorsak, bu galaksileri yalnızca puslu bir sisle görebiliriz. Dolayısıyla, erken evrenin doğrudan net görüntülerine sahip değiliz ve asla elde etmeyeceğiz.
Bir kez daha, kurtarma simülasyonları.
Açıklayıcı Bir Örnek
Ancak bu sefer simülasyonların ekstra yardımı var. Çalışmak için gerçek canlı verilere sahipler. Erken evrenden gelen veriler değil (çünkü henüz sahip değiliz) yakın evrenden gelen veriler. Haritalar ve gözlemler yaptık ve evrenin yerel yamasındaki galaksiler arasındaki tozun özelliklerini gülünç ölçüde inceledik. Bu veriler daha sonra James Webb'in gerçekte ne göreceğine dair mümkün olduğunca doğru tahminler yapmaya çalışmak için erken evrenin simülasyonlarına bağlanır.
Uzaktaki bir deniz fenerinin gerçekte nasıl göründüğünü anlamaya çalışmak için etrafınızdaki sis örneklerini almak gibi.
Son zamanlarda bir araştırmacı ekibi, Illustris adı verilen bir dizi simülasyonun sonuçlarını yayınladı. Adından da anlaşılacağı gibi, bu simülasyonlar sadece karanlık madde ve galaksilerin oluşumunu değil, aynı zamanda milyarlarca ışık yılı tozundan ve James Webb gibi bir şeyden geçerken bu galaksilerden yayılan ışığı simüle etmeyi içeren inanılmaz derecede sofistike.
Simülasyonların temel amacı, James Webb'in gökbilimcilerin gökada parlaklık işlevi dediği şeyde ne göreceğini tahmin etmekti. Bu, her bir parlaklık seviyesinden kaç galaksinin görüneceğini söylemenin süslü bir yoludur: kaç tane gerçekten parlak olan, kaç tane orta parlak olan, kaç tane loş olan vb. Gökada parlaklık işlevi karanlık maddenin özelliklerinden etkilenir: örneğin, karanlık madde özellikle beceriksiz hissediyorsa, evrenimiz daha parlak galaksilere sahip olacak ve bu bu parlaklık işlevini değiştirecektir.
Ancak parlaklık fonksiyonunun kendisi de tozdan etkilenir, çünkü toz tüm galaksilerden yayılan tüm ışığı değiştirir. Bu simülasyonlar, James Webb'in göreceklerini (başka bir deyişle verilerin gerçekte ne olacağını) karanlık maddenin ve galaksi oluşumunun altında yatan fiziğe bağlayan uçtan uca bir resim sunmaya yönelik ilk girişimlerden bazılarıdır.
Tabii ki bu sadece ilk adım; bu simülasyonlar, mevcut gözlemlere dayanan birçok varsayım ve en iyi tahminde bulunur. Ama eminim James Webb gerçekten uçtuğunda, kemer altında çok daha fazla veri ve çok daha fazla simülasyonumuz olacak.
Devamını oku: “IllustrisTNG'den yüksek kırmızıya kayma JWST tahminleri: Toz modelleme ve galaksi parlaklık işlevleri”
