Gökbilimcilerden oluşan uluslararası bir ekip VLT’yi, erken Evren’e bakmak ve şimdiye kadar gözlenmiş en uzak gökadaları incelemek için zaman makinesi olarak kullandılar. Bu gökadaların uzaklıklarını doğru olarak ölçmeyi başardılar ve bu gökadaların Büyük Patlama’dan[1] sonra 780 milyon ile 1 milyar yıl arasında bulunduklarını gördüğümüzü buldular.
Yeni gözlemler, gökbilimcilerin yeniden iyonlaşma [2] olarak bilinen dönem için ilk kez, bir zaman çizelgesi oluşturabilmelerini sağladı. Bu dönemde, erken Evren’deki hidrojen gaz sisi dağılmaya başlayarak ilk kez morötesi ışığın engellenmeden geçmesini sağladı.
Astrofizik Günlüğü isimli dergide yayınlanacak olan bu yeni sonuçlar, geçtiğimiz 3 yıl boyunca ekibin, uzak gökadaları, VLT ile gerçekleştirdiği uzun ve sistematik araştırmanın üzerine oturtulmuştur.
“Arkeologlar, toprağın değişik katmanlarında buldukları nesnelere dayanarak geçmişe dair bir zaman cetveli çıkarabilirler. Gökbilimciler ise bir adım ileri gidebilir: bizse doğrudan geçmişe bakabiliriz ve kozmik evrimin farklı evrelerinde bulunan farklı gökadalardan gelen sönük ışığı gözleyebiliriz,” şeklinde açıklıyor bu projeye öncülük eden, INAF Roma Gökbilimsel Gözlemevi’nden Adriano Fontana. “Gökadalar arasındaki farklılıklar, bize, bu önemli dönemde, Evren’deki değişen koşulları ve bu değişikliklerin hangi hızda gerçekleştiğini söylüyor.”
Değişik kimyasal elementler, kendilerine özgü renklerde parlarlar. Parlaklıklardaki bu hızlı artışlar yayılım çizgileri olarak bilinirler. En güçlü morötesi yayılım çizgilerinden biri de Lyman-alpha çizgisidir, ve hidrojen gazından gelir [3]. Bu çizgi, oldukça sönük, uzak galaksilerin gözlemlerinde dahi görülebilecek kadar parlak ve ayırt edilebilirdir.
Takımın çok uzakta bulunan beş gökada da [4] Lyman-alpha çizgilerini tespit etmesi, iki kilit şeyi yapmalarını sağladı: ilk olarak, çizginin, spektrumun kırmızı kısmına doğru ne kadar kaydığını gözlemleyerek gökadaların ne kadar uzakta bulunduklarını tespit ettiler, ve böylece Büyük Patlama’dan ne kadar zaman sonra görülebileceklerini saptamış oldular [5]. Bu ise takımın gökadaları bir sıraya koymalarını sağlayarak, bir zaman cetveli oluşturmalarına yardımcı oldu ki bu da gökadaların ışıklarının zaman içinde nasıl evrildiğini göstermiş oldu. İkinci olarak, Lyman-alpha yayılımına – gökadalar içerisinde parlayan hidrojenin neden olduğu yayılım – ek olarak bu yayılımın zamanda farklı noktalarda, galaksilerarası ortamda bulunan nötral hidrojen sisi tarafından yeniden emildiğini görebildiler.
“Örneklerimizdeki en erken ve en geç gökadalar tarafından engellenen morötesi ışınım miktarları arasında önemli bir fark görüyoruz, ” diyor INAF Roma Gökbilimsel Gözlemevi baş yazarı Laura Pentericci. “Evren 780 milyon yıl yaşındayken, bu nötral hidrojen oldukça yaygın, Evren’in % 10 ila 50’sini kaplamaktadır. Ancak, sadece 200 milyon yıl sonra, bugün de gözlemlediğimize benzeyen çok düşük bir seviyeye düşmektedir. Anlaşılan yeniden iyonlaşma gökbilimcilerin daha önce düşündüklerinden daha hızlı gerçekleşmiştir.”
Takımın yapmış olduğu gözlemler, ilkel sisin temizlenme hızını araştırmanın yanında, yeniden iyonlaşma için gerekli olan enerjiyi sağlayan morötesi ışığın kaynağı hakkında ipucu vermektedir. Bu ışığın kaynağı hakkında birkaç tane yarışan teori bulunmaktadır – bunlardan öne çıkan ikisi; Evren’in ilk nesil yıldızları [6] ve kara deliklere doğru düşen maddeden yayılan yoğun radyasyon.
“Bulduğumuz en uzak iki gökadadan gelen sönük ışığın detaylı analizleri, ilk nesil yıldızların açığa çıkan enerjiye katkıda bulunmuş olabilecekleri yönünde,” diyor araştırma ekibindeki INAF Trieste Gözlemevi’nden Eros Vanzella. “Bu yıldızlar, Güneş’ten 5000 kat genç ve 100 kat büyük olmalılar ve böylece ilkel sisi çözerek geçirgen hale gettirmiş olabilirler.“
Bu hipotezi kanıtlamak ya da çürütmek için yüksek hassaiyetli ölçümler yapmak gerekmektedir, ve bu yıldızların gerekli enerjiyi üretebileceklerini göstermek için ise, uzaydan ya da önümüzdeki yüzyılın başlarında, ESO’nun planladığı, tamamlandığında dünyanın en büyük gözü olacak Avrupa Oldukça Büyük Teleskobu ile gözlem yapmak gerekmektedir.
Kozmik tarihin bu erken dönemlerini araşturmak teknik olarak zorlayıcıdır çünkü bunun için oldukça uzak ve sönük gökadaların hassasiyetle incelenmesi gerekmektedir ki bu görev sadece en güçlü teleskoplar ile denenebilir. Bu çalışma için, ilk olarak NASA/ESA Hubble
Uzay Teleskobu’nun ve VLT’nin derin uzay görüntülerinden saptanan gökadaların tayfsal gözlemleri yapmak üzere 8,2 metrelik VLT’nin yüksek ışık toplama gücünü kullandılar.
Notlar
[1] Tayfsal ölçümleme ile ölçülen kayıtlara geçmiş en uzak gökada 8,6’lık bir kırmızıya kaymaya sahiptir ki bu da gökadayı Büyük Patlama’dan 600 milyon yıl sonraya yerleştirir (eso1041). Hubble Uzay Teleskobu ile saptanmış olan ve 10’luk bir kırmızıya kayma değeri olduğu düşünülen (Büyük Patlama’dan 480 milyon yıl sonra) bir aday vardır ancak onaylanmayı beklemektedir.Bu çalışmada kullanılan en uzak gökada ise 7,1’lik kırmızıya kayma değerine sahiptir ki bu da onu Büyük Patlama’dan 780 milyon yıl sonraya oturtur. Evren, günümüzde 13,7 milyar yıl yaşındadır. Lyman-alpha ışınımına sahip beş onaylanmış gökadalık (20 aday arasından) yeni örnek bilinen z>7 değerine sahip gökadaların yarısını içermektedir.
[2] İlk yıldızlar ve gökadaların oluştuğu zamanda, Evren morötesi ışığı absorbe eden elektiriksel olarak nötral hidrojen gazı ile doluydu. Bu erken gökadalardan gelen morötesi ışınım gazı yükseltgeyip, elektiriksel olarak yüklü hale getirdikçe (iyonlaştırdıkça), gaz yavaşça morötesi ışık bakımından geçirgen oldu. Bu süreç teknik olarak, Büyük Patlama’dan 100 bin yıl sonra hidrojenin iyonlaştığı kısa bir dönem olduğu düşünüldüğünden, yeniden iyonlaşma olarak bilinmektedir.
[3] Takım hidrojen sisinin etkilerini, prizmanın güneş ışığını gökkuşağı renklerine ayırmasına benzeyen ve gökadalardan gelen ışığı bileşen renklerine ayıran, tayfsal çözümleme adlı teknik ile ölçmüştür.
[4] Takım, kırmızıya kaymaları 7’ye yakın 20 adayın tayflarını incelemel için VLT’yi kullanmışlardır. Bu adaylar üç farklı alanın derin görüntülenmesinden çıkarılmıştır. 20 adayın beşinde Lyman-alpha ışınımının rahatlıkla gözlendiği tespit edildi. Bu, şimdilik z=7 civarında oldukları tayfsal olarak onaylanan gökadalar grubudur.
[5] Evren genişlediğinden ötürü, cisimlerden gelen ışık uzayda yol katettikçe dalgaboyu uzar. Işık ne kadar yol kat ederse, dalgaboyu da o kadar uzar. Kırmızı görebildiğimiz en uzun dalgaboyuna sahip olduğundan, oldukça uzak gökadalara “kırmızıya kayma” olarak bilinen karakteristik bir kırmızı renk hakim olur. Aynı zamanda teknik olarak cismin ışığının nasıl etkilendiğininde bir ölçüsüdür, bunun yanında cismin uzaklığını ve Büyük Patlama’dan ne kadar sonra görebileceğimizi de ölçmemizi sağlar.
[6] Gökbilimciler, yıldızları Popülasyon I, II, ve III olarak bilinen 3 sınıfa ayırır. Güneşimiz gibi Popülasyon I yıldızları, eski yıldızların kalplerinde ve süpernova patlamalarında sentezlenen ağır elementler bakımından zengindirler: önceki nesil yıldızların artıklarından oluştukları için Evren’de daha sonra meydana gelmişlerdir. Popülasyon II yıldızları daha az ağır elemen barındırırlar ve yoğun olarak Büyük Patlama sırasında yaratılmış hidrojen, helyum ve lityumdan oluşmuşlardır. Bunlar daha yaşlı yıldızlardır, yine de günümüzde, Evren’de birçokları bulunmaktadır. Popülasyon III yıldızları hiçbir zaman doğrudan gözlenmediler, ancak Evren’in erken dönemlerinde var oldukları düşünülmektedir. Bu yıldızlar sadece Büyük Patlama’da yaratılmış elementleri barındırdığından, hiç ağır element bulundurmazlar. Ağır elementlerin yıldız oluşumu sırasında üstlendiği görev nedeniyle, bu aşamada sadece çok büyük ve kısa ömürlü yıldızlar oluşabilir ve böylece tüm Popülasyon III yıldızları, Evren’in ilk yıllarında süpernova olarak yaşamlarına son vermişlerdir. Şimdiye kadar, çok uzak gökadaların gözlemleri dahil olmak üzere, Popülasyon III yıldızlarına dair hiçbir somut kanıt bulunamamıştır.
ESO-Türkiye (Çeviri: Metin Sarıkaya-İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü – ESON Türkiye Ekibi)
