James Webb Uzay Teleskobu, Evrenin Erken Döneminin Ne kadar Saf Olduğunu Yeniden Soruyor

James Webb Uzay Teleskobu‘ndan elde edilen yeni gözlemler, Büyük Patlama‘dan yalnızca 500 milyon yıl sonra galaksilerin çevrelerine ağır elementler pompaladığını ortaya koydu ve evrenin ilk dönemlerinin önceki inancın sandığından çok daha saf ve dokunulmamış olduğu görüşüne ciddi bir darbe indirdi. Bu bulgu, kozmik evrim teorilerini yeniden gözden geçirmeyi gerektirebilir.

Evrenin başlangıcından kısa süre sonra, uzay en hafif element olan hidrojenle ve az miktarda helyumla doluydu. Bu elementlerden oluşan ilk yıldızlar zamanla ağır elementler üretmeye başladı; astronomların kolektif olarak “metal” adını verdiği bu elementler, ilk yıldızların —bilimsel adıyla Popülasyon III yıldızları— yaşam döngülerinin sonuna ulaşarak patlamasıyla uzaya saçıldı. Böylece Popülasyon II ve Popülasyon I yıldızlarının her yeni nesli, öncekinden daha fazla metal açısından zenginleşti. Bu süreç uzun süredir bilinen bir gerçektir; ancak yeni James Webb (JWST) araştırmaları, bu sürecin önceki tahminlerden çok daha erken gerçekleştiğini öne sürüyor.

Evren henüz mevcut yaşının yalnızca yüzde 3’ünde metal açısından zengindi

Yeni bulgulara göre, evren mevcut yaşının yalnızca yüzde 3’üne denk geldiği bir dönemde, galaksilerin etrafındaki gaz oksijen ve karbon gibi metaller açısından daha zengindi. Arizona Üniversitesi’nden ekibin lideri Yongda Zhu’ya göre, saf bir dondurma ile başlamak mümkündür, ancak az miktarda süs tozu eklenmeye başlanırsa, çok geçmeden o ilk saf, düz vanilya lezzetinin izini bile bulmak imkânsız hale gelir. Zhu, ekibi tarafından yapılan gözlemlerde ağır elementlerin kozmik zamanın çok erken bir aşamasında galaksilerden kaçtığını kaydetti.

“Sade bir vanilya dondurmasından başlarsınız ama hemen ardından süs tozu eklemeye başlarsanız, çok geçmeden ilk başta o saf, düz vanilya dondurmasını bulamayacağınız bir durumla karşı karşıya kalırsınız. Biz de ağır elementlerin kozmik zamanın çok erken bir döneminde galaksilerden kaçtığını gözlemledik.”

Arizona Üniversitesi’nden ekibin lideri Yongda Zhu

Zhu, yalnızca elementlerin üretildiğini değil, aynı zamanda bu elementlerin dağıtıldığını, hatta muhtemelen diğer galaksileri beslediğini vurguladı. Bu durum, ilk galaksilerin kozosa metal enjekte ettiğinin güçlü bir göstergesi olarak yorumlanıyor.

İlk ışık, karanlık çağın sonunu getirdi

Evrin erken döneminin kimyasal yapısını daha iyi anlamak amacıyla Zhu ve meslektaşları, JWST verilerini kullanarak üç galaksinin yaklaşık 13,3 milyar yıl önceki hâllerini gözlemledi. Bu, evrenin evriminde kritik bir döneme, yani Yeniden İyonlaşım Çağı’na denk geliyor. Bu dönemde, ilk yıldızların yaydığı ışık, yıldızlar arasındaki hidrojen gazından elektronları ayırarak iyonlaşma sürecini başlattı. Işığın uzayın içinden daha kolay yol alabilmesi böylece mümkün oldu ve böylece bilinen kozmik karanlık çağ sona erdi.

“Galaksileri kendileriyle arka plan ışık kaynakları olarak kullandık. Galaksilerden yayan ışık Dünya’ya doğru yol alırken, etraflarındaki gazı geçerek ilerledi ve ışığın emilim desenlerine bakarak belirli elementleri tespit edebildik.”

Arizona Üniversitesi’nden ekibin lideri Yongda Zhu

Bu tespit, elementlerin ışığı kendine özgü dalga boylarında emip yayan özelliklerinden yararlanılarak mümkün oluyor. Yıldız ışığının yıldızlararası bulutlardan geçtiğinde, bu bulutlardaki elementler o ışığa iz bırakır. Zhu, bu elementlerin, galaksilerin yıldızlarından kaynaklanan ağır elementleri, bir fincanda suya düşürülen gıda boyası gibi betimledi. Renk suyun içine yayıldığı gibi, bu ağır elementler de erken galaksilerden uzaya kaçarak çevrelerini “zenginleştirdi.”

Popülasyon III yıldızlarının gizemi çözülebilir mi?

Bu bulgu, astronomların uzun süredir uğraştıkları bir sorunu da aydınlatma potansiyeli taşıyor: Popülasyon III yıldızlarının neden henüz bulunamadığının açıklanması. Araştırmacılar, saf hidrojen gazını aydınlatan yıldız ışığının izlerini aramıştı, ancak bu saf gazın çok daha erken bir dönemde yok olduğu ortaya çıktı. JWST gözlemleri, bu erken galaksilerin oksijen, karbon, silikon ve diğer metalleri içeren gaza sahip olduğunu gösterdi. Bu gazın kimyasal izleri, beklenenden çok daha fazla modern galaksilere benziyordu. Bu da erken galaksilerin kozosa metalleri pompaladığının güçlü bir kanıtı niteliğinde.

Araştırma, Nature dergisinde 24 Eylül Perşembe günü yayımlandı.