Evrenin ilk zamanlarındaki kozmik şafağı aydınlatanın ne olduğunu artık öğrenebiliriz.
Hubble ve James Webb Uzay Teleskopları'ndan elde edilen verilere göre, erken kozmik şafakta serbestçe dolaşan fotonların kökeni, galaksiler arası uzayı dolduran puslu hidrojenin buğusunu temizleyen küçük cüce galaksilerdi. Bu araştırmayla ilgili bir makale Şubat 2024'te yayımlandı.
Bu keşif, ilk evrenin gelişiminde ultra-zayıf galaksilerin oynadığı kritik rolü ortaya koyuyor. Bu galaksiler, kozmik yeniden iyonlaşma sırasında nötr hidrojeni iyonize plazmaya dönüştüren iyonlaştırıcı fotonlar üretiyor. Bu durum, evrenin tarihini şekillendirmede düşük kütleli galaksileri anlamanın önemini vurguluyor.
Evrenin başlangıcında, Büyük Patlama'dan yalnızca dakikalar sonra, uzay sıcak ve yoğun iyonize plazma bulutuyla doluydu. Bu bulutu delebilecek kadar az ışık vardı ve fotonlar serbest elektronlara saçılıyordu, bu da evrenin karanlık olmasına neden oluyordu.
Evren soğudukça, yaklaşık 300.000 yıl sonra, protonlar ve elektronlar birleşerek nötr hidrojen (ve az miktarda helyum) gazı oluşturdu. Bu nötr ortamda ışığın çoğu dalga boyu ilerleyebiliyordu, ancak onu üretecek ışık kaynakları çok azdı. Ancak bu hidrojen ve helyumdan ilk yıldızlar doğdu.
Bu ilk yıldızlar, elektronları çekirdeklerinden ayırıp gazı yeniden iyonize edecek kadar güçlü radyasyon yaydılar. Ancak bu noktada evren o kadar genişlemişti ki gaz seyrek hale gelmişti ve ışığın dışarı çıkmasını engelleyemiyordu. Büyük Patlama'dan yaklaşık 1 milyar yıl sonra, kozmik şafak olarak bilinen dönemin sonuna gelindiğinde, evren tamamen yeniden iyonize olmuştu. Yani ışık yanmıştı!
Ancak kozmik şafakta o kadar çok pus, o kadar uzakta ve zaman içinde o kadar sönük olması nedeniyle, bilim insanları buradaki kaynakları görmek için zorlanıyordu. Kaynakların güçlü olması gerektiği düşünülüyordu; örneğin, etrafındaki maddeyi yutan kara delikler veya yoğun yıldız oluşumu geçiren büyük galaksiler gibi.
James Webb Uzay Teleskobu'nun bir amacı da kozmik şafağa bakıp neler olduğunu anlamaktı. Teleskop, evrenimizin oluşumundaki bu kritik zamanla ilgili birçok şaşırtıcı keşif yaptı. Gariptir ki, teleskopun gözlemleri artık cüce galaksilerin yeniden iyonlaşmadaki anahtar oyuncu olduğunu öne sürüyor.
Uluslararası bir ekip, Hubble verileriyle desteklenen Abell 2744 galaksi kümesi üzerindeki James Webb verilerine odaklandı. Abell 2744, çevresindeki uzay-zamanı bükecek kadar yoğundur ve bir kozmik mercek görevi görür; bu sayede uzak ışıklar büyütülerek görülebilir hale gelir. Bu, araştırmacıların kozmik şafağa yakın minik cüce galaksileri görmesini sağladı.
Ardından, bu minik galaksilerin ayrıntılı spektrumlarını elde etmek için James Webb'i kullandılar. Analizleri, cüce galaksilerin sadece erken evrendeki en yaygın galaksi türü olmadığını, aynı zamanda beklenenden çok daha parlak olduklarını ortaya koydu. Aslında, araştırmanın gösterdiğine göre cüce galaksiler büyük galaksileri 100'e 1 oranında geride bırakıyor ve toplam ışık çıktıları, genellikle büyük galaksiler için varsayılan iyonlaştırıcı radyasyonun dört katı.
Bu kozmik güç merkezleri topluca işi halletmek için yeterli enerjiden fazlasını yayıyor. Minik boyutlarına rağmen, bu düşük kütleli galaksiler enerjik radyasyonun üretken kaynaklarıdır ve bu dönemdeki bollukları o kadar fazladır ki, kolektif etkileri evrenin tüm durumunu değiştirebilir.
Bu, yeniden iyonlaşmanın ardındaki güç için şimdiye kadarki en iyi kanıt olsa da, yapılacak daha çok iş var. Araştırmacılar gökyüzünün küçük bir kısmına baktılar; örneklerinin sadece bir anomali kümesi olmadığından, kozmik şafaktaki tüm popülasyonun temsili bir örneği olduğundan emin olmaları gerekiyor. Erken galaksi popülasyonlarının daha geniş bir örneğini elde etmek için gökyüzünün daha fazla kozmik mercek bölgesini incelemeyi planlıyorlar. Ancak bu tek örneğe dayanarak bile sonuçlar son derece heyecan verici. Bilim insanları, yeniden iyonlaşma konusundaki cevapların peşinden uzun zamandır koşuyor. Sis perdesini nihayet kaldırmaya çok yakınız.
JWST ile keşfedilmemiş bölgelere girdik. Bu çalışma, başlangıçlarımızın evrimsel tarihini haritalama çabalarımızda cevaplamamız gereken daha heyecan verici soruları da beraberinde getiriyor.
