Evren 530 milyon yaşındayken: Webb, iyonlaştırıcı ışığının çoğunu salan mavi bir gökada buldu

James Webb Uzay Teleskobu, Büyük Patlama'dan yaklaşık 530 milyon yıl sonra görülen bir gökadanın, ürettiği iyonlaştırıcı morötesi ışığın büyük kısmını çevresine kaçırıyor olabileceğini gösterdi. "Aşırı Mavi Gökada 1" anlamına gelen EBG-1 adlı cisim üzerine çalışma, Tokyo Üniversitesi'ne bağlı Kavli IPMU'dan Yunjing Wu öncülüğünde 16 Ekim'de arXiv ön baskı sunucusunda yayımlandı. Makale henüz hakem değerlendirmesinden geçmedi.

EBG-1, kırmızıya kayması 9,244 olan, yani ışığı bize evrenin çok genç olduğu bir dönemden ulaşan bir gökada. Önünde duran MACS0647 gökada kümesinin kütleçekimi bir mercek gibi davranarak ışığını büyütüyor; bu da bu kadar uzak bir cismin ayrıntılı tayfının alınmasını mümkün kılıyor.

Sisi kim dağıttı?

Büyük Patlama'dan birkaç yüz milyon yıl sonra evren nötr hidrojen gazıyla doluydu. İlk yıldızların ve gökadaların yaydığı yüksek enerjili morötesi ışık bu gazı yavaş yavaş iyonlaştırdı; "yeniden iyonlaşma" denen bu dönüşüm, makalenin aktardığına göre kırmızıya kaymanın 5,5 civarına düştüğü dönemde tamamlanmıştı. Hidrojeni iyonlaştırabilen ışık, 912 angströmden kısa dalga boylu "Lyman sürekliliği" fotonlarından oluşuyor.

Tartışmalı soru, bu fotonların çoğunu hangi gökadaların sağladığı. Kimi modeller sayıca bol olan cüce gökadaları öne çıkarıyor, kimileri daha kütleli ve yıldız üretimi verimli gökadaları. Sorunun kilidi "kaçış oranı": Bir gökadada üretilen iyonlaştırıcı fotonların ne kadarının gaz ve toz tarafından yutulmadan gökadalar arası ortama çıkabildiği. O çağda bu fotonlar yolda soğurulduğu için kaçış oranı doğrudan ölçülemiyor; dolaylı işaretlere bakmak gerekiyor. Konuyla ilgili farklı bir yaklaşım için Hubble'ın yakın gökadalardaki bulgusuna da bakılabilir.

Çok mavi, çok sessiz

Bu dolaylı işaretlerden biri gökadanın morötesi renginin eğimi. EBG-1, bu kırmızıya kaymada ölçülmüş en mavi morötesi eğimlerden birine sahip; makalede eğim değeri -2,99 ± 0,15 olarak veriliyor. Bu kadar mavi bir ışık; çok az toz, çok genç yıldızlar ve ağır elementlerce fakir bir yapı anlamına gelebiliyor. Ayrıca iyonlaştırıcı fotonlar gazı uyarmadan kaçıyorsa, gazın kendi yaydığı ve ışığı kırmızıya çeken katkı da azalıyor.

İkinci işaret salma çizgileri. Ekip, Webb'in NIRSpec aletiyle 14 saat süren derin bir tayf aldı. Oksijen çizgisi belirgin biçimde görüldü, hidrojen çizgisi ancak sınırda ölçülebildi, karbon çizgisi ise hiç saptanmadı. Genel olarak zayıf çizgiler, fotonların gazı uyarmadan kaçtığının belirtisi sayılıyor. Çizgi oranlarından gökadanın oksijen bolluğunun Güneş'inkinin yalnızca yüzde 3'ü kadar olduğu hesaplandı; bu, genç ve kimyasal açıdan henüz zenginleşmemiş bir gökadayla uyumlu.

Yüzde 85'lik kaçış

Araştırmacılar gözlemleri yapay gökada tayflarıyla karşılaştırdı. Modeller kaçış oranının en az yüzde 75 olduğunu, gözlemlerle en iyi uyumun ise yaklaşık yüzde 85'te sağlandığını gösterdi. Bu, iyonlaştırıcı ışığın neredeyse tamamının gökadadan çıktığı anlamına geliyor. Yazarlara göre sonuç, yeniden iyonlaşmanın geç tamamlandığı senaryoların gerektirdiği yüksek verimliliğe, morötesinde görece parlak gökadaların da ulaşabildiğini gösteriyor.

Bulgunun sınırları da açık. Kaçış oranı doğrudan ölçülmedi; modellerle yapılan bir çıkarım ve bu modeller sabit yıldız oluşumu ile tozsuz bir yapı varsayıyor. Ekibin kaba hesabına göre EBG-1 benzeri gökadalar, genel nüfustan beklenen iyonlaştırıcı ışığın ancak yüzde 5 kadarını karşılayabilir; yani tek başlarına sisi dağıtmış olmaları beklenmiyor. Yazarlar sıradaki adım olarak EBG-1'in çevresindeki gökadaların sayılmasını öneriyor: Gökadanın kalabalık bir bölgede mi yoksa sıradan bir ortamda mı durduğu, çevresindeki iyonlaşmış balonu kimin şişirdiğini anlamaya yardım edecek.