Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanan astronomların sürpriz keşfi, yaklaşık 13 milyar yıl önce yoğun bir hidrojen sisinden çıkan erken evrenin açıklanmasına yönelik önde gelen bir görüşü sorgulatıyor. Bilim insanları daha önce patlayan yıldızların güçlü rüzgarlarının radyasyonun galaksilerden kaçmasına ve kozmik sisi temizlemesine yardımcı olduğunu düşünüyordu, ancak yeni gözlemler bu rüzgarların radyasyonu aslında engellediğini ortaya koyuyor.
NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu ile yapılan sürpriz bir keşif, erken evrenin karanlıktan çıkışına ilişkin önde gelen bir açıklamayı zorluyor. Bulgular, ölen yıldızların güçlü patlamalarının bilim insanlarının bir zamanlar desteklediğine inandığı bir süreci aksatmış olabileceğini öne sürüyor.
University of Michigan’dan astronomların da aralarında bulunduğu uluslararası bir araştırma ekibi, patlayan yıldızların ürettiği güçlü rüzgarların ultraviyole radyasyonun galaksilerden kaçmasını engelleyebileceğini buldu. Bu durum, yaygın kabul gören bir teorinin öngördüğünün tam tersi ve kozmik tarihin en önemli dönüşümlerinden birinin nasıl anlaşıldığını değiştirebilir.
Keşif, Nature Astronomy’de yayımlandı ve evrenin yaklaşık 13 milyar yıl önce ultraviyole ışığa şeffaf hale gelmesine ilişkin yeni ipuçları sunuyor.
Erken evren kozmik sisinden nasıl çıktı
Big Bang’den sonraki ilk milyar yıl boyunca galaksiler arasındaki boşluğu büyük miktarda nötr hidrojen doldurdu. Bu hidrojen, ultraviyole radyasyonun evren boyunca serbestçe yol almasını engelleyen bir tür kozmik sis oluşturdu.
Bu durum, yaklaşık 13 milyar yıl önce başlamış reiyonizasyon olarak bilinen bir dönemde değişti. Erken galaksilerden gelen yoğun radyasyon, hidrojenin elektronlarını atomlarından sökerek pozitif yüklü protonlar ve serbest elektronlar bıraktı.
Daha fazla hidrojen iyonlaştıkça ultraviyole ışığı galaksiler arası uzayda çok daha uzaklara yol alabildi. Bu dönüşüm, astronomların bugün gözlemlediği nispeten şeffaf evrenin oluşmasına yardımcı oldu.
“Sonunda galaksiler arası boşluğu dolduran hidrojenin büyük çoğunluğunu iyonlaştırdığında reiyonizasyon sona erdi ve bugün gördüğümüz evreni görüyoruz” diyen University of Michigan Astronomi Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı Cody Carr, “Reiyonizasyonu evrenin son büyük faz geçişi olarak adlandırıyoruz.” ifadelerini kullandı.
Enorm önemine rağmen astronomlar hâlâ reiyonizasyona neden olan nesnelerin ve bu radyasyonun erken galaksilerden nasıl yeterli miktarda kaçabildiğinin tam olarak ne olduğunu bilmiyor.
“Reiyonizasyona tam olarak hangi nesnelerin neden olduğunu ya da nasıl geliştiğini bilmiyoruz” diyen Carr, araştırmayı Çin’de Zhejiang Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışırken yürüttüğünü ve yönettiğini, ardından University of Michigan’a katıldığını belirtti. “Gerçekleştiğini biliyoruz ama bu sorulara tam yanıtımız yok.”
Hubble, patlayan yıldızlara ilişkin önde gelen bir teoriyi sorguluyor
Yıllarca süren önde gelen bir açıklama süpernovalar üzerinde yoğunlaştı; belirli yıldızların yaşamlarının sonlarında meydana gelen güçlü patlamalar. Bu patlamalar galaksiler boyunca süpüren ve gaz ile diğer malzemeleri dışarı iten muazzam rüzgarlar oluşturabiliyor.
Bilim insanları bu rüzgarların genç yıldızların çevresindeki gazda yollar açtığını ve ultraviyole radyasyonun galaksiler arası boşluğa kaçmasına izin verdiğini öne sürdü. Dışarı çıktığında bu radyasyon, evrenin antik sisinden sorumlu nötr hidrojeni parçalamaya yardımcı olabilirdi.
Ancak Hubble’dan gelen yeni gözlemler bu açıklamanın süreci tersine çevirmiş olabileceğini düşündürüyor.
Radyasyon için rota açmak yerine araştırmacılar, daha güçlü galaktik rüzgarların daha az kaçan iyonlaştırıcı radyasyonla ilişkili olduğunu buldu. Gözlemler, süpernovaların ürettiği rüzgarların radyasyonun bir galaksiden ayrılmasını zorlaştırabileceğini gösteriyor.
“Temelde bu galaksilerin iyonlaştırıcı radyasyonu nasıl sızdırdığı sandığımız gibi değil” dedi Carr.
Bulgular farklı bir olasılığa destek veriyor. Genç, kütleli yıldızlardan gelen radyasyon, bu yıldızlar süpernova olarak patlayıp çevreyi yeniden şekillendiren büyük rüzgarlar oluşturmadan önce galaksilerinden kaçabilir.
“Gözlemlerimiz bu fotonların galaktik rüzgarlar oluşmadan önce kaçtığını gösteriyor” dedi Carr.
Fotonlar ışık enerjisinin tek tek paketleridir. Bu durumda araştırmacılar ilgilenenler, hidrojeni iyonize etmek için yeterli enerjiye sahip ultraviyole fotonlar; erken evrenin nasıl şeffaf hale geldiğini anlamak için bunlar esastır.
Hubble’ın yakın yıldız patlaması galaksilerinde keşfettiği
Radyasyonun nasıl kaçtığını araştırmak için uluslararası ekip, Hubble Uzay Teleskobu’nu yakın yıldız patlaması galaksilerini incelemede kullandı. Bu galaksiler olağanüstü yoğun yıldız oluşum dönemleri yaşayan galaksilerdir ve reiyonizasyona katkıda bulunduğu düşünülen galaksilerin modern örnekleri olarak kullanışlıdır.
Hubble, Avrupa Uzay Ajansı’nın katkılarıyla fırlatılan bir NASA misyonudur ve araştırmacıların bu galaksilerden gelen ışığı ayrıntılarıyla incelemesine izin verdi.
Ekip, spektrumlarını inceledi; bu spektrumlar farklı dalga boylarında ne kadar ışığın bulunduğunu ortaya koyar. Bu spektrumlardaki desenleri inceleyerek astronomlar yıldızların çevresindeki gaz hakkında bilgi edinebilir ve ne kadar hızlı hareket ettiğini belirleyebilir.
Gaz belirli dalga boylarındaki ışığı emer ve bir galaksinin spektrumunda tanınabilir çukurlar oluşturur. Bu çukurların konumları ve şekilleri galaktik rüzgarların hızı ve hareketi hakkında ipuçları verir.
Araştırmacılar rüzgar hızlarını her galaksiden kaçan iyonlaştırıcı radyasyon miktarı ile karşılaştırdıklarında şaşırtıcı bir ilişki ortaya çıktı. En hızlı rüzgarlara sahip galaksiler iyonlaştırıcı radyasyonun en küçük kesirini kaçmasına izin verdi.
Bu sonuç, daha güçlü rüzgarların daha fazla gazı temizleyip radyasyonun galaksiler arası alana ulaşmasını kolaylaştırması gerektiği beklentisini doğrudan zorluyor.
“Süpernovaların enerji girdisi çevreyi karıştırdı ve iyonlaştırıcı radyasyon kaçışını baskılayan nötr gaz ve tozun örtüsünü azaltmak yerine artırdı” dedi çalışmanın kıdemli yazarı ve Johns Hopkins Üniversitesi’nde Astrofizik Bilimleri Merkezi direktörü Stephan McCandliss.
Başka bir deyişle, ultraviyole ışığı için bir yol açmak yerine patlayan yıldızların enerjisi gaz ve tozu daha fazla ışığı engelleyebilecek şekilde yeniden dağıtıyor gibi görünüyor.
Genç yıldızlar kozmik reiyonizasyonun anahtarı olabilir
Büyük galaktik rüzgarlar kaçan radyasyonu baskılasa da genç yıldızların çevresindeki daha küçük rüzgarlar ve diğer aktiviteler hâlâ çevredeki gazda açıklıklar oluşturmaya yardımcı olabilir.
Bu süreçler ilk süpernova patlamalarından önce gerçekleşebilir ve koşullar daha elverişliyken radyasyonun kaçmasına fırsat tanır.
Bulgular, astronomların patlayan yıldızların etkilerine odaklanmak yerine yıldız oluşumunun en erken aşamalarında neler olduğuna daha fazla dikkat etmesi gerekebileceğini öne sürüyor.
Carr ve meslektaşları aynı kalıpların başka yerlerde de görülüp görülmediğini araştırmak için daha fazla galaksiyi incelemek üzere Hubble ile ek gözlem zamanı arıyor. Daha fazla gözlem, iyonlaştırıcı radyasyonun kaçmasına izin vermede genç yıldızların aktivitesinin ne kadar önemli olduğunu belirlemeye yardımcı olabilir.
Sonuçların erken evrenin bilgisayar simülasyonları için de etkileri var. Bu simülasyonlar galaksilerin nasıl oluştuğunu, gazın içlerinde nasıl hareket ettiğini ve radyasyonun sonunda galaksiler arası boşluğu dolduran hidrojeni nasıl dönüştürdüğünü yeniden yaratmaya çalışır.
“Süpernovalar, iyonlaştırıcı radyasyonun galaksilerden nasıl kaçtığını açıklayan kozmolojik hidrodinamik simülasyonlarda merkezi bir rol oynar” diyen çalışmanın kıdemli yazarı ve Zhejiang Üniversitesi’nde Kozmoloji ve Hesaplamalı Astrofizik Merkezi profesörü ve direktörü Renyue Cen, “Bulgularımız, ilk süpernovalar patlamadan önce genç yıldızların radyasyonunun ve rüzgarlarının çevredeki gazı nasıl şekillendirdiğini incelememizin gerekliliğini vurguluyor.”
Yıldızlar, radyasyon ve gaz arasındaki bu erken etkileşimleri daha doğru hesaba katarak araştırmacılar reiyonizasyonun nasıl gerçekleştiğine dair daha iyi modeller oluşturabilir.
Keşif, evrenin son büyük faz geçişine neyin neden olduğu sorusunu henüz çözmüyor. Ancak önemli yeni bir ipucu sağlıyor ve evrenin antik sisini kaldırmaya yardımcı olan radyasyonun güçlü yıldız patlamalarının çevrelerini değiştirmeye başlamasından önce galaksilerden kaçmış olabileceğini öne sürüyor.
Uluslararası araştırma iş birliği ve finansman
Araştırma, dünyanın dört bir yanındaki bir düzineden fazla kurumdan yaklaşık 30 bilim insanını bir araya getirdi. University of Michigan’da astronomi profesörü Sally Oey de çalışmaya katkıda bulundu.
Proje Zhejiang Üniversitesi, Zhejiang Eyaleti Üst Düzey Araştırma Destek Programı, Çin Ulusal Doğal Bilimler Vakfı, 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 kısmen NASA ve ABD Ulusal Bilim Vakfı’ndan federal finansmanla desteklendi. Hubble Uzay Teleskobu gözlemleri için ek destek, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü tarafından yönetilen bir hibe yoluyla sağlandı.
