Evrenin sisini kim dağıttı? Hubble'a göre süpernova rüzgârları ışığın önünü kesiyor

Büyük Patlama'dan sonraki ilk milyar yıl içinde evren, morötesi ışığı geçirmeyen nötr hidrojenden oluşan bir "sis"le doluydu. Bugün bu sis yok: yaklaşık 13 milyar yıl önce başlayan ve yeniden iyonlaşma çağı denen dönemde, ilk galaksilerin yaydığı güçlü ışınım hidrojen atomlarını proton ve elektronlarına ayırarak sisi dağıttı. Bu ışığı hangi gökcisimlerinin ürettiği ve ışığın galaksilerden nasıl dışarı kaçabildiği ise astronominin temel sorularından biri olmayı sürdürüyor.

Nature Astronomy'de yayımlanan yeni bir çalışma bu soruya beklenmedik bir yanıt veriyor. Hubble Uzay Teleskobu'yla yakın evrendeki yoğun yıldız oluşumlu galaksileri inceleyen uluslararası ekibe göre, süpernova patlamalarının sürdüğü galaktik rüzgârlar iyonlaştırıcı ışığın kaçmasını kolaylaştırmıyor; tersine engelliyor.

Çalışmayı, Çin'deki Zhejiang Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacıyken yürüten ve bugün Michigan Üniversitesi Astronomi Bölümü'nde çalışan Cody Carr yönetti. Michigan Üniversitesi'nin açıklamasına göre çalışmaya on ikiden fazla kurumdan 30'a yakın araştırmacı katıldı. Carr sonucu şöyle özetliyor: "Temelde bu galaksilerin iyonlaştırıcı ışınımı nasıl sızdırdığı, düşündüğümüz gibi değil."

Yaygın görüş: rüzgârlar yol açar

İyonlaştırıcı ışık, yani dalga boyu 912 ångströmden kısa olan ve Lyman sürekliliği denen morötesi ışınım, galaksilerin içindeki nötr gaz ve toz tarafından kolayca yutulur. Kozmolojik benzetimlerde yaygın olarak kabul edilen çerçeveye göre, en büyük kütleli yıldızlar ölüp süpernova olarak patladıktan sonra ortaya çıkan güçlü rüzgârlar gazı ve tozu süpürür, ışığa kaçış kanalları açar.

Yakın evrende ışık sızdıran galaksiler üzerine yapılan bazı çalışmalar ise kaçışın daha erken, büyük kütleli yıldızlar hâlâ yaşarken gerçekleştiğine işaret ediyordu. Makalenin yazarlarına göre önceki sonuçların çoğu dolaylı rüzgâr göstergelerine ve modele bağlı yorumlara dayandığından aynı veriden çelişkili sonuçlar çıkabiliyordu.

Altı benzer galaksi, farklı yaşlar

Ekip bu kez Hubble'ın Kozmik Kökenler Tayfölçeri (COS) ile altı küçük ve yoğun yıldız oluşumlu galaksiyi yeniden gözledi. Kırmızıya kaymaları yaklaşık 0,3 olan bu galaksiler, ilk evrendeki galaksilerin yakın benzerleri olarak inceleniyor. İlk galaksilerin kendisine bu açıdan bakılamıyor, çünkü onlardan kaçan iyonlaştırıcı ışık o dönemin galaksiler arası nötr hidrojeni tarafından yutuluyor.

Seçilen galaksilerin metal oranı, yıldız oluşum hızı ve yıldız kütlesi birbirine çok yakın; iyonlaştırıcı ışığın kaçış oranı ise yüzde 0 ile 20 arasında değişiyor. Böylece aynı türden galaksiler, yıldız patlamalarının farklı evrelerinde karşılaştırılabildi.

Araştırmacılar tayflardaki soğurma çizgilerinin konumuna ve genişliğine bakarak rüzgârların hızını ölçtü. Nötr hidrojenin yanı sıra çok daha sıcak, iyonlaşmış gazı izleyen çizgiler de kullanıldı. Ortaya tutarlı bir sıra çıktı: en çok ışık sızdıran galaksiler yaşı 4 milyon yıldan genç yıldız topluluklarına ev sahipliği yapıyor ve rüzgârları en zayıf olanlar. En az sızdıranlar ise daha yaşlı yıldızlar barındırıyor ve rüzgârları belirgin biçimde daha hızlı. Michigan Üniversitesi'nin açıklamasındaki ifadeyle, en hızlı rüzgârlı galaksiler iyonlaştırıcı ışınımın en küçük bölümünün kaçmasına izin veriyor.

Önce ışık kaçıyor, sonra rüzgâr kapıyı kapatıyor

Makaleye göre kaçış, bir yıldız patlamasının ilk döneminde, yoğun ışınım ve büyük kütleli yıldızların kendi rüzgârları baskınken ama henüz hızlı bir galaktik rüzgâr oluşmamışken doruğa ulaşıyor. Yıldız topluluğu yaşlandıkça süpernovalar rüzgârı başlatıp hızlandırıyor; rüzgâr yaklaşık 10 milyon yıl içinde nötr gaz ve tozla yüklenerek ışığın yolunu giderek kapatıyor. Carr, "Gözlemlerimiz bu fotonların galaktik rüzgârlar oluşmadan önce kaçtığını gösteriyor" diyor.

Çalışmanın kıdemli yazarlarından, Johns Hopkins Üniversitesi Astrofizik Bilimleri Merkezi'nin yöneticisi Stephan McCandliss'e göre süpernovaların enerjisi çevreyi karıştırarak ışığı engelleyen nötr gaz ve toz örtüsünü azaltmak yerine artırmış görünüyor. Zhejiang Üniversitesi Kozmoloji ve Hesaplamalı Astrofizik Merkezi'nin yöneticisi Renyue Cen ise süpernovaların, ışığın galaksilerden kaçışını açıklayan benzetimlerde merkezi bir rol oynadığını hatırlatıyor ve bulguların, genç yıldızların ışınımı ile rüzgârlarının ilk süpernovalar patlamadan önce çevredeki gazı nasıl biçimlendirdiğine bakma gereğini ortaya koyduğunu söylüyor.

Sonucun sınırları

Yazarlar örneğin yalnız altı galaksiden oluştuğunu ve sonuçların bu nedenle sınırlı kaldığını açıkça belirtiyor; daha fazla galaksinin daha derin ve daha yüksek çözünürlüklü tayflarına ihtiyaç var. Çalışma, yalnız X-ışınlarıyla görülebilen çok sıcak rüzgâr evresini de incelemiyor.

Makalede bir başka olasılık da tartışılıyor: en büyük kütleli yıldızlar öldükten sonra, ikili yıldız sistemlerinden doğan cisimler 10 ile 50 milyon yıl boyunca iyonlaştırıcı ışığın ana kaynağı olabilir. Bu dönemde rüzgârlar, özellikle daha az madde taşıyorsa, ışığın önünü kapatmak yerine açabilir. Nitekim en çok sızdıran iki galaksi saniyede yaklaşık 500 kilometrelik orta hızlı rüzgârlara sahip; ekip bunu, bu galaksilerde rüzgârın nötr evresinin henüz ışığı kesecek kadar gelişmemesine bağlıyor.

Carr'a göre genç yıldızların yakın çevresindeki küçük ölçekli rüzgârlar yine önemli bir rol oynayabilir. Ekip bu fikri sınamak için Hubble'dan daha fazla gözlem zamanı almaya çalışıyor. Bu arada sonuçlar, yeniden iyonlaşmayı canlandıran bilgisayar benzetimlerinin gözden geçirilmesinde kullanılabilecek.