Michigan Üniversitesi’nden gökbilimcilerin de yer aldığı uluslararası bir araştırma ekibi, patlayan yıldızların ürettiği güçlü rüzgarların ultraviyole radyasyonun galaksilerden kaçmasını engelleyebileceğini keşfetti. Bu, yaygın olarak kabul gören bir teorinin öngördüğünün tam tersi ve bilim insanlarının kozmik tarihteki en önemli dönüşümlerden birini nasıl anladıklarını değiştirebilir.

Nature Astronomy dergisinde yayınlanan bu keşif, evrenin yaklaşık 13 milyar yıl önce ultraviyole ışığa karşı nasıl şeffaf hale geldiğine dair yeni ipuçları sunuyor.

Evrenin İlk Dönemi Kozmik Sisinden Nasıl Ortaya Çıktı?

Büyük Patlamadan sonraki ilk milyar yıl boyunca, galaksiler arasındaki boşluk muazzam miktarda nötr hidrojenle doluydu. Bu hidrojen, ultraviyole radyasyonu emen ve bu ışığın evrende serbestçe dolaşmasını engelleyen bir tür kozmik sis oluşturdu.

Bu durum, yaklaşık 13 milyar yıl önce başlayan ve yeniden iyonlaşma olarak bilinen bir dönemde değişti. Erken galaksilerden gelen yoğun radyasyon, hidrojenin atomlarından elektronları kopararak onu kademeli olarak dönüştürdü ve geriye pozitif yüklü protonlar ve serbest elektronlar bıraktı.

Hidrojenin iyonlaşması arttıkça, ultraviyole ışık galaksiler arası uzayda çok daha uzağa gidebildi. Bu dönüşüm, gökbilimcilerin bugün gözlemlediği nispeten şeffaf evrenin oluşmasına yardımcı oldu.

Michigan Üniversitesi Astronomi Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı olan Cody Carr, “Sonunda, galaksiler arası uzayı dolduran hidrojenin büyük çoğunluğunu iyonlaştırdığında, yeniden iyonlaşma sona erdi ve bugün gördüğümüz evreni görüyoruz” dedi. “Yeniden iyonlaşmayı evrenin son büyük faz geçişi olarak adlandırıyoruz.”

Son derece önemli olmasına rağmen, gökbilimciler hâlâ yeniden iyonlaşmadan sorumlu radyasyonu hangi cisimlerin sağladığını veya bu radyasyonun yeterli miktarının erken galaksilerden nasıl kaçmayı başardığını tam olarak anlamıyorlar.

Michigan Üniversitesi’ne katılmadan önce Çin’deki Zhejiang Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışırken bu araştırmayı yürüten ve yöneten Carr, “Yeniden iyonlaşmaya tam olarak hangi nesnelerin neden olduğunu veya nasıl geliştiğini bilmiyoruz,” dedi. “Bunun gerçekleştiğini biliyoruz, ancak bu sorulara tam olarak cevaplarımız yok.”

Hubble, Patlayan Yıldızlarla İlgili Önde Gelen Bir Teoriye Meydan Okuyor

Yıllarca öne çıkan açıklamalardan biri, belirli yıldızların yaşamlarının sonuna ulaştıklarında meydana gelen güçlü patlamalar olan süpernovalar üzerine odaklanmıştı. Bu patlamalar, galaksileri kasıp kavuran ve gazı ve diğer maddeleri dışarı doğru iten devasa rüzgarlar yaratabilir.

Bilim insanları, bu rüzgarların genç yıldızları çevreleyen gazda yollar açarak ultraviyole radyasyonun galaksiler arasındaki boşluğa kaçmasına izin verdiğini öne sürdüler. Dışarı çıktıktan sonra, bu radyasyon evrenin kadim sisinden sorumlu olan nötr hidrojeni parçalamaya yardımcı olabilir.

Ancak Hubble’dan gelen yeni gözlemler, bu açıklamanın süreci tersine çevirmiş olabileceğini düşündürüyor.

Araştırmacılar, radyasyonun kaçması için yollar açmak yerine, daha güçlü galaktik rüzgarların daha az iyonlaştırıcı radyasyonun kaçmasıyla ilişkili olduğunu buldular. Gözlemler, süpernovaların oluşturduğu rüzgarların aslında radyasyonun bir galaksiden ayrılmasını zorlaştırabileceğini gösteriyor.

Carr, “Temelde, bu galaksilerin iyonlaştırıcı radyasyonu nasıl yaydığı, düşündüğümüz gibi değil,” dedi.

Sonuçlar farklı bir olasılığı destekliyor. Genç, büyük kütleli yıldızlardan yayılan radyasyon, bu yıldızlar süpernova olarak patlamadan ve çevreyi yeniden şekillendiren büyük rüzgarlar oluşturmadan önce galaksilerinden kaçabilir.

Carr, “Gözlemlerimiz, bu fotonların galaktik rüzgarlar oluşmadan önce kaçtığını gösteriyor,” dedi.

Fotonlar, tek tek ışık enerjisi paketleridir. Bu durumda araştırmacılar, hidrojeni iyonlaştıracak kadar enerjik olan ultraviyole fotonlarla ilgileniyorlar; bu da erken evrenin nasıl şeffaf hale geldiğini anlamak için onları hayati öneme sahip kılıyor.

Hubble’ın Yakındaki Yıldız Patlaması Gökadalarında Keşfettiği Şeyler

Radyasyonun nasıl kaçtığını araştırmak için uluslararası ekip, yakınlardaki yıldız oluşum patlaması yaşayan galaksileri incelemek üzere Hubble Uzay Teleskobu’nu kullandı. Bu galaksiler, olağanüstü yoğun yıldız oluşum dönemleri yaşayan ve yeniden iyonlaşmaya katkıda bulunduğuna inanılan galaksi türlerinin modern örnekleri olarak faydalı olan galaksilerdir.

NASA’nın Avrupa Uzay Ajansı’nın katkılarıyla fırlattığı Hubble teleskobu, araştırmacıların bu galaksilerden gelen ışığı ayrıntılı olarak incelemelerine olanak sağladı.

Ekip, farklı dalga boylarında ne kadar ışık bulunduğunu ortaya koyan spektrumlarını inceledi. Gökbilimciler, bu spektrumlardaki desenleri inceleyerek yıldızları çevreleyen gaz hakkında bilgi edinebilir ve gazın ne kadar hızlı hareket ettiğini belirleyebilirler.

Gaz, ışığın belirli dalga boylarını emer ve bu da bir galaksinin spektrumunda fark edilebilir düşüşler yaratır. Bu düşüşlerin konumları ve şekilleri, galaktik rüzgarların hızı ve hareketi hakkında ipuçları verir.

Araştırmacılar, rüzgar hızlarını her galaksiden kaçan iyonlaştırıcı radyasyon miktarıyla karşılaştırdıklarında şaşırtıcı bir ilişki keşfettiler. En hızlı rüzgarlara sahip galaksiler, iyonlaştırıcı radyasyonun en az bir kısmının kaçmasına izin veriyordu.

Bu sonuç, daha güçlü rüzgarların daha fazla gazı uzaklaştıracağı ve radyasyonun galaksiler arası uzaya ulaşmasını kolaylaştıracağı beklentisine doğrudan meydan okuyor.

“Görünüşe göre süpernovalardan gelen enerji girdisi, çevreyi karıştırmış ve iyonlaştırıcı radyasyonun kaçışını bastıran nötr gaz ve toz örtüsünü azaltmak yerine artırmış,” diyor çalışmanın kıdemli yazarlarından ve Johns Hopkins Üniversitesi Astrofizik Bilimleri Merkezi direktörü Stephan McCandliss.

Başka bir deyişle, patlayan yıldızlardan gelen enerji, ultraviyole ışık için bir yol açmak yerine, gaz ve tozu daha fazla ultraviyole ışığın geçişini engelleyecek şekilde yeniden dağıtıyor gibi görünüyor.

Genç Yıldızlar Kozmik Yeniden İyonlaşmanın Anahtarını Elinde Tutabilir

Büyük galaktik rüzgarlar kaçan radyasyonu bastırıyor gibi görünse de, genç yıldızların etrafındaki daha küçük rüzgarlar ve diğer aktiviteler, çevredeki gazda açıklıklar oluşmasına yardımcı olabilir.

Bu süreçler ilk süpernova patlamalarından önce gerçekleşebilir ve koşullar daha elverişliyken radyasyonun dışarı çıkmasına olanak tanır.

Bulgular, gökbilimcilerin öncelikle patlayan yıldızların etkilerine odaklanmak yerine, yıldız oluşumunun en erken aşamalarında neler olduğuna daha fazla dikkat etmeleri gerekebileceğini göstermektedir.

Carr ve meslektaşları, daha fazla galaksiyi incelemek ve aynı örüntülerin başka yerlerde de ortaya çıkıp çıkmadığını araştırmak için Hubble ile ek gözlem süresi talep ediyorlar. Daha fazla gözlem, genç yıldızların aktivitesinin iyonlaştırıcı radyasyonun dışarı çıkmasına izin vermede ne kadar önemli olduğunu belirlemeye yardımcı olabilir.

Sonuçlar, evrenin erken dönemine ait bilgisayar simülasyonları için de önemli çıkarımlar içeriyor. Bu simülasyonlar, galaksilerin nasıl oluştuğunu, gazın içlerinden nasıl geçtiğini ve radyasyonun sonunda galaksiler arası uzayı dolduran hidrojeni nasıl dönüştürdüğünü yeniden yaratmayı amaçlıyor.

“Süpernovalar, iyonlaştırıcı radyasyonun galaksilerden nasıl kaçtığını açıklayan kozmolojik hidrodinamik simülasyonlarda merkezi bir rol oynuyor,” diyor çalışmanın kıdemli yazarlarından ve Zhejiang Üniversitesi Kozmoloji ve Hesaplamalı Astrofizik Merkezi’nin profesörü ve direktörü Renyue Cen. “Bulgularımız, ilk süpernovalar patlamadan önce genç yıldızlardan gelen radyasyonun ve rüzgarların çevredeki gazı nasıl şekillendirdiğini inceleme ihtiyacını vurguluyor.”

Yıldızlar, radyasyon ve gaz arasındaki bu erken etkileşimleri daha doğru bir şekilde hesaba katarak, araştırmacılar yeniden iyonlaşmanın nasıl gerçekleştiğine dair daha iyi modeller oluşturabilirler.

Bu keşif, evrenin son büyük faz geçişine neyin sebep olduğu sorusunu henüz kesin olarak çözmüyor. Ancak, evrenin kadim sisini kaldırmaya yardımcı olan radyasyonun, güçlü yıldız patlamaları çevrelerini değiştirmeye başlamadan önce galaksilerden kaçmış olabileceğini öne süren önemli bir yeni ipucu sağlıyor.

Uluslararası Araştırma İşbirliği ve Finansmanı

Araştırma, dünyanın dört bir yanındaki bir düzineden fazla kurumdan yaklaşık 30 bilim insanını bir araya getirdi. Michigan Üniversitesi’nde astronomi profesörü olan Sally Oey de çalışmaya katkıda bulundu.

Proje, Zhejiang Üniversitesi, Zhejiang Eyaleti Üst Düzey Araştırma Destek Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, İspanya Bilim, Yenilik ve Üniversiteler Bakanlığı, Avrupa Bölgesel Kalkınma Fonu ve Avrupa Birliği’nin Horizon 2020 Araştırma ve Yenilik Programı’ndan ek mali destek almıştır.

Araştırma kısmen NASA ve ABD Ulusal Bilim Vakfı’ndan alınan federal fonlarla da desteklenmiştir. Hubble Uzay Teleskobu gözlemleri için ek destek, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü tarafından yönetilen bir hibe aracılığıyla sağlanmıştır.