James Webb Uzay Teleskobu (JWST) bilimsel operasyonlarına başladığından beri, gökbilimciler 13 milyar yıldan daha yaşlı galaksileri gözlemleme fırsatı buldu. Evrenin "Kozmik Karanlık Çağ" olarak bilinen bu ilk döneminde, yani Büyük Patlama'dan sonraki 200 milyon ila 1 milyar yıl arasında ilk yıldızlar ve galaksiler oluşmaya başlamıştı.
Ne yazık ki, bu döneme ait ışık, Büyük Patlama'dan kalan kalıntı radyasyon (Kozmik Mikrodalga Arka Planı - CMB) ve yıldız radyasyonunun nötr hidrojeni yeniden iyonize etmesiyle salınan fotonlarla sınırlıydı.
Hubble ve Spitzer gibi önceki uzay teleskopları, sınırlı kızılötesi (IR) hassasiyetleri nedeniyle bu dönemdeki galaksileri gözlemleyemiyordu. Ancak Webb'in gelişmiş kızılötesi araçları, koronagrafları ve ısı kalkanı sayesinde, Kozmik Karanlık Çağ'ın üzerindeki perde nihayet aralanıyor.
Yakın zamanda yapılan bir araştırmada, uluslararası bir bilim ekibi, Webb'in arşiv verilerini tarayarak Büyük Patlama'dan sadece birkaç yüz milyon yıl sonra var olan galaksileri aradı ve teleskobun görüntüleme yeteneklerinin sınırlarını zorladı.
Webb faaliyete geçtiğinden beri, 13 milyar yıldan daha eski galaksileri gözlemliyor. Bu erken galaksilerden bazılarının görüntüleri, teleskobun ilk gözlemlerinde de yer almıştı. Bu görüntülerdeki "küçük kırmızı noktaların" aslında erken dönem aktif galaksi çekirdekleri (kuazarlar) olduğu anlaşılmıştı.
Webb'den önce, gökbilimciler Hubble ve Spitzer kullanarak yaklaşık 10'luk bir kırmızıya kayma değerine (Büyük Patlama'dan ~500 milyon yıl sonrası) kadar olan galaksileri çok daha düşük hassasiyetle de olsa ayırt edebilmişlerdi.
Ancak Webb'in daha yüksek hassasiyeti, galaksi oluşumunun ve evriminin ilk aşamalarına yeni bir pencere açtı. Bu dönemde bulunan galaksi sayısı ve belirgin parlaklıkları, yerleşik kozmolojik modellerle tam olarak uyuşmadığı için gökbilimcileri şaşırttı.
Benzer bir durum, bu dönemde gözlemlenen ve yine kozmolojik modellerin öngördüğünden daha büyük olan süper kütleli kara delikler (SMBH'ler) için de geçerliydi. Her iki durumda da modeller, Büyük Patlama'dan bu yana bu kadar çok parlak galaksinin oluşması veya SMBH'lerin bu kadar büyümesi için yeterli zaman olmadığını öne sürüyordu.
Yapılan son çalışmada ekip, mevcut Webb ve Hubble fotometrik ölçümlerini analiz etti. Amaçları, kırmızıya kayma değeri z = 15 ile 30 arasında olan, yani evrenin en erken dönemlerine ait galaksi adaylarını bulmaktı. Adaylar, spektral enerji dağılımlarının şekline ve belirli dalga boylarındaki ani ışık düşüşlerine (Lyman kırılması tekniği) göre seçildi.
Ancak bu tür uzak nesneleri aramak oldukça zorlu bir süreç. Nesneler hem çok sönükleşiyor hem de daha az sayıda fotometrik bantta tespit edilebiliyor, bu da spektrumlarının şekli hakkındaki çıkarımları zayıflatıyor. Ayrıca, daha düşük kırmızıya kayma değerlerine sahip, yani aslında daha yakın olan başka gök cisimlerinin bu uzak adaylarla karışma riski artıyor. Bu yanıltıcı cisimler genellikle, yıldız ışıkları toz tarafından aşırı derecede soğurulduğu için veya yaşlı yıldız popülasyonlarına sahip oldukları için 'kırmızı' görünüyorlar ve spektral enerji dağılımları z>15 galaksilerini taklit edebiliyor.
Şu anda gökbilimciler, kırmızıya kayma değeri z = 15 veya daha yüksek olan yalnızca birkaç galaksi adayı belirleyebildi. Ancak z = 15 bariyerini aşmak, ilk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu erken evrendeki galaksi evrimini anlamak için kritik öneme sahip. Bu bilgi, teorik modeller ve gözlemler arasındaki mevcut tutarsızlıkların çözülmesine yardımcı olacak.
Ekip, incelemeleri sonucunda renkleri z = 15 ila 20 arasındaki bir kırmızıya kayma ile uyumlu olan 10 nesne seçti. Ancak bu kaynakların analizi, bu kadar yüksek kırmızıya kaymalardaki nesneleri incelemenin ne kadar zor olduğunu bir kez daha gösterdi. Bu nesneler yüksek kırmızıya kayma adayı olsalar da, daha düşük kırmızıya kaymalardaki nadir galaksi popülasyonlarının beklenen renkleriyle de uyumlu olabiliyorlar. Yani, güçlü salım çizgilerine sahip tozlu galaksiler veya yaşlı, pasif olarak evrimleşen galaksiler de olabilirler.
Örneğin, bu adaylardan biri daha önce Webb'in Yakın Kızılötesi Spektrometresi (NIRSpec) ile gözlemlenmişti. Bu galaksinin yüksek bir yıldız oluşum hızına sahip olduğu ve z = 6.56 (evren ~1 milyar yaşındayken) kırmızıya kayma değerinde bulunduğu, ancak toz tarafından yoğun bir şekilde perdelendiği için daha kırmızı göründüğü anlaşıldı.
Yine de, çalışmadaki diğer adaylar potansiyel z~15-20 adayları olarak kalmaya devam ediyor ve daha fazla araştırılmayı hak ediyorlar. Dahası, ekibin çalışması, yaklaşık 13 milyar yıl önce (z = 4 ila 7) var olan tozlu galaksilerin incelenmesi için de önemli sonuçlar doğurabilir. Aşırı yüksek kırmızıya kaymalı galaksiler gibi, bu dönemdeki galaksiler de (özellikle düşük kütleli tozlu yıldız oluşturan ve düşük kütleli pasif galaksiler) henüz tam olarak anlaşılamamıştır.
Şimdilik, araştırma ekibi kırmızıya kayma değeri z = 15 veya daha fazla olabilecek galaksilerin takip çalışmalarıyla doğrulanması gerektiğini vurguluyor. Bu tür gözlemler, evrenin en erken dönemlerine dair anlayışımızı kökten değiştirebilir.
