James Webb Uzay Teleskobu (JWST), erken evrendeki galaksilerin büyüklüğü konusunda beklenmedik sonuçlar sunuyor. Güçlü teleskop, Big Bang’den yaklaşık 500 milyon yıl sonraki dönemdeki galaksilerden gelen antik ışığı inceledi. Bu gözlemler, bu galaksilerin, galaksi oluşumu ve evrimi hakkındaki mevcut anlayışımıza göre çok daha büyük olduğu gösterdi.
Ancak yeni araştırmalar, bu galaksilerin aslında düşünüldüğünden bile daha kütleli olduğunu ortaya koyuyor. Astronomlar, bir galaktideki her yıldızı sayıp ölçemezler. Uzaklardaki galaksilerdeki bireysel yıldızları çözmek zordur. Bunun yerine, astronomlar galaksi kütlelerini, Yıldız Kütle Fonksiyonu (IMF) adı verilen bir parametreye dayanarak ölçerler.
Yıldız Kütle Fonksiyonu (IMF), yıldızlar ve galaksiler arasındaki önemli bir bağlantıdır. Sadece bir galaksideki ilk yıldız popülasyonunu kütleleri, oluşumları ve evrimleriyle tanımlamakla kalmaz, aynı zamanda galaksinin kendi evrimi hakkında da bilgi verir. IMF temelde, yıldızların oluşum zamanındaki kütlelerine ilişkin olasılıklar atar.
Nature Astronomy’de yayınlanan yeni bir araştırmada, bu IMF’nin JWST’nin sorunlu erken dönem galaksileri hakkındaki algılarımızı nasıl etkileyebileceği inceleniyor. Chloe Cheng liderliğindeki araştırma ekibi, “Gizli Kütle: Erken Dönem Galaksilerinde Ağır Yıldız Kütle Fonksiyonları” başlıklı bir çalışma yayınladı. Cheng, Hollanda’daki Leiden Üniversitesi’nde doktora çalışmalarını bu araştırmanın bir parçası olarak tamamladı.
“James Webb Uzay Teleskobu (JWST) gözlemleri, birçok galaksinin, yaklaşık 12 milyar yıl önce zaten büyük bir yıldız kütlesine sahip olduğu gösterilen, tahmin edilenlerden daha hızlı oluştuğunu ve geliştiğini ortaya koydu” deniliyor. Ancak araştırmacılar, bu erken dönem galaksilerinin kütlelerinin kesin olmadığına dikkat çekiyorlar. Bu ölçümlerin, Samanyolu’nun (MW) IMF’sine dayalı bir varsayıma dayanması nedeniyle belirsizlikler bulunuyor.
Araştırmacılara göre, astronomlar uzak bir galaksiyi gözlemlediklerinde, galaksinin tüm yıldızlarının temsil edici bir örneğini görmüyorlar. Bu durum, JWST ile bulunan bu gizemli yüksek redshift’li galaksilerin kütle ölçümlerini etkiliyor.
“Özellikle, büyük çoğunluğu yıldız kütlesini oluşturan düşük kütleli yıldızların katkısı doğrudan gözlenmez, bunun yerine Samanyolu IMF’sinin bir uzantısına dayanarak tahmin edilir” deniyor. Uzantılar güçlü araçlar olsa da, yanlış sonuçlara yol açabilirler. Astronomlar uzak bir galaksiyi gözlemlediklerinde, bireysel yıldızları çözemezler. Bunun yerine, tüm yıldızlarının ortak spektrumlarını inceler ve buradan kolektif kütlelerini anlamaya çalışırlar. Ancak bu spektrumlar genellikle parlak, büyük yıldızlar tarafından domine edilir. Daha sönük, düşük kütleli yıldızlar, bu ışıkta kaybolabilir. Bu durum, JWST’nin keşfettiği büyük, yüksek redshift’li galaksiler için önemli sonuçlar doğuruyor.
Başyazar Chloe Cheng, bir basın açıklamasında şunları söyledi: “Bir galaksi bir şehir olsaydı, uzaktan hemen dikkat çeken gökdelenler olurdu. Modellerimiz, bu nadir, parlak yıldızların arkasında çok daha büyük bir düşük kütleli yıldız popülasyonunun gizlendiğini gösteriyor. Sonuç olarak, bu galaksinin kütlesi önceki tahminlerden çok daha büyüktür.”
JADES-GS-z14-0, JWST’nin keşfettiği ve kütlesinin evrenin tarihinde o kadar erken bir dönemde bu kadar büyük olmasının beklenmedik olduğu bir galaksi örneğidir. JWST, bu galaksiyi Big Bang’den yaklaşık 300 milyon yıl sonra gözlemledi ve o zaman bile zaten büyük ve parlaktı. JWST’nin erken dönem galaksilerinin gözlemleri şaşırtıcı olsa da, yeni kütle ölçümleri, onların düşünüldüğünden daha büyük olduğu anlamına geliyor.
Bu çalışmada, araştırmacılar JWST’nin NIRSpec cihazından elde edilen verileri ve Very Large Telescope’un (VLT) Large Early Galaxy Astrophysics Census (LEGA-C) programından alınan verileri kullandı. Araştırma, yüksek redshift’li 9 adet sönük galaksinin IMF’lerini anlamak için yapıldı. Sonuçlar, bu 9 galaksinin düşünüldüğünden daha fazla düşük kütleli yıldız içerdiğini gösteriyor.
“JWST Initial Mass Function of Early Red NIRSpec Objects programından elde edilen z ≈ 0.7 redshift’indeki dokuz adet büyük, sönük galaksinin ultra derin spektrumlarını ve Very Large Telescope Large Early Galaxy Astrophysics Census spektrumlarıyla daha mavi dalga boylarında uzatılan bu verileri kullanarak, en büyük galaksilerin aşırı düşük kütleli yıldızlara sahip olduğunu bulduk” deniliyor.
Eş yazarlardan Martje Slob (Leiden Üniversitesi), “Bu ölçümlerin mümkün olabilmesi için sadece çok uzak galaksileri büyütebilen bir teleskopa değil, aynı zamanda olağanüstü kalitede spektrumlara ve bu sönük, düşük kütleli yıldızların ince imzalarını güvenilir bir şekilde tespit etmek için yeni analiz tekniklerine de ihtiyaç vardı” diyor.
Bu bulgular, erken dönem galaksilerin kütleleri hakkındaki anlayışımızı daha da sarstı. Zaten beklenenlerden daha büyük oldukları düşünülüyordu, ancak aslında bundan bile daha büyükler. Daha şaşırtıcı bir şekilde, bu 9 galaksinin en eskisinin en fazla düşük kütleli yıldız içerdiği ortaya çıktı.
“Şaşırtıcı bir şekilde, en eski galaksimiz (zform > 5 oluşum redshift’i) en düşük kütleli IMF’ye sahip. Bu galaksi, JWST’nin ‘imkansız erken dönem’ olarak tanımladığı galaksilerin bir soyundan olabilir ve bu da sonuncuların da benzer şekilde düşük kütleli IMF’lere sahip olabileceğini gösteriyor” deniliyor. Bu durum, onların kütlelerini yaklaşık 4 kat artırabilir.
Galaksi oluşumu ve büyümesi için geliştirilen bilimsel modeller zaten JWST’nin erken dönem galaksilerini açıklamada zorlanıyordu. Şimdi ise bu sonuçlar, tabloyu daha da karmaşık hale getiriyor. Araştırmacılar, “Bulgularımız, galaksi oluşum modelleriyle olan uyumsuzluğu daha da artırabilir” diyor.
Araştırmacılar, “Bu çalışma, galaksi büyüklüğü hakkındaki anlayışımızda büyük bir adım. En eski ve en sönük galaksilerde düşük kütleli IMF’lerin bulunması, yüksek redshift’te (stellar mass ≳10^11 M⊙) keşfedilen en büyük sönük galaksilerin bile orijinal olarak bildirilenlerden daha yüksek kütleye sahip olabileceğini gösteriyor” diyorlar. Bu galaksiler sönük olsa da, sonuçlar, onların yıldız oluşumu dönemindeki atalarının da daha kütleli olduğunu ve bu durumun modeller üzerindeki baskıyı artırdığını gösteriyor.
IMF’nin doğası hakkında hala birçok tartışma devam ediyor. Astronomi, ışığın nasıl yakalandığı, ölçüldüğü, ayrıştırıldığı ve modellenmesiyle ilgilidir. Bu araştırma, ışık anlayışımızın yanlış olabileceği ve bunun sonuçlarının sadece yıldızları değil, daha fazlasını etkileyebileceğini gösteriyor.
“Bu sonuç, düşük kütleli yıldızlarda daha önce düşünüldüğünden çok daha fazla kütlenin gizli olduğunu gösteriyor. Bu durum, gezegenlerin düşük kütleli yıldızların etrafında dönmesi nedeniyle, erken evrende daha fazla gezegenin oluştuğunu gösterebilir” diyor Mariska Kriek (Leiden Üniversitesi), bu araştırmanın lideri.
Kaynak: Universe Today
