Şimdi Kuzey yarımkürede bahar zamanı. Ağaçların ve çalıların dallarında ve gövdelerinde sabırla bekleyen sayısız tomurcuk şimdi hayata dönüyor. Bu mevsimin kozmik eşdeğeri ise Büyük Patlama’dan birkaç yüz milyon ila bir milyar yıl arasındaki zamana karşılık geliyor. Bu ise karanlık evrene ışık saçan ilk yıldızlar ve galaksilerin ateşlendiği dönemdir.
Bu dönem bir taslağını çizmekte çaresiz olduğumuz evrenin tarihindeki bir kısımdır. Çünkü henüz anlamadığımız kozmolojik hikayenin bir parçasına bakıyoruz o döneme baktığımızda. Şimdi gökbilimciler daha önce hiç olmadığı kadar uzakta bir galakside oksijen buldular ve bu galaksi Büyük Patlama’dan sadece 500 milyon yıl sonra var olmuştu. Nature dergisinde yayınlanan makalede paylaşılan sonuçlar ilk yıldızların ne zaman ortaya çıktığı ile ilgili yeni bilgiler sağladığı için son derece önemlidir.
“Kozmik şafak” olarak adlandırabileceğimiz bu dönem sadece ilk galaksilerin doğduğu döneme karşılık geldiği için değil aynı zamanda hayati bir kozmik geçişin de gerçekleştiği bir zaman aralığı olması sebebiyle önemlidir. Bu süreçte, elektriksel olarak nötr galaksiler arası ortamdaki atomlar (galaksilerin etrafını çevreleyen geniş bir hidrojen gazı denizindeki atomlar) ilk galaksilerden kaçan ultraviyole radyasyon ile bombardımana tutulmuştu. Bu atomlardan elektronları ayırmıştı ve gazı yüklü veya iyonize hâle getirmişti.
Reiyonizasyon Devri olarak adlandırılan bu dönem hâlâ gizemlidir. Bu sürecin başladığı zamanı bilmek hatta daha iyisi görmek isteriz. Bu arayışın bir kısmı da en uzak galaksileri bulmayı içermektedir.
Evrene baktığımızda, biz diğer yıldız ve galaksilerden bizi ayıran körfezden geçmek için kayda değer bir zaman kaybeden ışığı tespit ediyoruz. Bunu okuduğunuz ekranın ışığı gözünüze ulaşmadan önce yolda nanosaniyenin üçte birini kaybetmiştir veya o sürede yol almıştır. Güneşimizin ötesinde en yakın yıldızdan gelen ışığın bize ulaşması dört yılı bulmaktadır. Şaşırtıcı bir şekilde, son çalışmada araştırmacıların ele aldığı MACS1149-JD1 isimli galaksiden gelen ışığın Dünya’ya ulaşması 13 milyar yılı bulmuştur. Bu şu anlama geliyor, biz MACS1149-JD1’in 13 milyar yıl önceki hâlini görüyoruz ve bu ise Büyük Patlama’dan sonraki 500 milyon yıla denk geliyor.
Gökyüzüne Güçlü ve Kararlı Bakış
Atacama Büyük Milimetre/alt-milimetre Dizisi (İng. ALMA) adı verilen bir teleskop kullanarak bilim insanları uzak bir galakside güçlü bir sinyal (bir emisyon çizgisi) tespit ettiler. Bir prizmanın gün ışığını gökkuşağı spektrumuna dağıtması gibi, biz uzak galaksilerin ışını da dağıtabiliriz. Bu spektroskopi olarak adlandırılmaktadır. Emisyon çizgileri her biri çok spesifik enerjide ışık salabilen farklı elementlerden meydana gelen galaksilerin spektrumundaki parlak keskin ve sivri uçlardır.
Bu özel emisyon çizgisinin iyonize olmuş oksijen gazından geldiği bulundu. Bu bize galaksinin 13 milyar yıl önceki zamanında yıldızlar oluşturduğunu bize söyler. Çünkü oksijen gazını iyonize etmek için gerekli olan enerji kütleli, sıcak ve genç yıldızlardan gelmiş olmalıdır.
Eğer aynı türde bir gazı Dünya’da ölçseydik, dalgaboyunu 0,088 milimetre olarak algılardık. Ama diğer galaksiler kozmik genişleme nedeniyle bizden uzaklaşıyorlar ve bu onların yaydığı ışığın bize ulaşması için gereken süre boyunca fotonların dalgaboyunun artmasına neden oluyor. Daha uzak bir galaksi dalgaboyundaki artışın daha fazla olması demektir.
Bu kızıla kayma olarak bilinir ve ışığın ilk yayıldığındaki evrenin büyüklüğü ve günümüzdeki evrenin büyüklüğü arasındaki oranı bize söyler. MACS1149-JD1’de gözlemlenen oksijen emisyon çizgisi 0,88 milimetrede tespit edildi ve dalgaboyunun 10 kat arttığı görülüyor. Bu, ışık yayıldığı zamanda evrenin günümüzdeki evrenden 10 kat daha küçük olduğunu gösteriyor.
Böylelikle, uzak galaksilerdeki emisyon çizgilerini tespit etme kabiliyeti bize onları kozmik tarihin hangi aşamasında olduklarını görmemizi sağlıyor. Elbette, en uzak galaksiler en belli belirsiz olanlarıdır. Onları görmek için, daha fazla geriye bakmak için daha güçlü teleskoplara ihtiyacımız var.
ALMA teleskop dizisi. Carlos Padilla – AUI/NRAO
Birlikte çalışan 66 farklı teleskoptan oluşan ALMA inanılmaz derecede güçlü bir teleskoptur ve evrenin erken zamanlarına olan bakış açımızda devrime neden olmaktadır. Sadece hassasiyet sağlamakla kalmaz, aynı zamanda geniş bir emisyon çizgisi aralığına erişim sağlayan elektromanyetik spektrumun önemli bir bölümünde çalışabilmektedir.
ALMA gibi büyük bir teleskop dizisinin yanı sıra araştırmacılar doğal bir teleskoptan da yararlandılar: kütleli bir galaksi kümesi! MACS1149-JD1’den gelen ışık ALMA’ya doğru olan yolculuğunu bu araya giren galaksi kümesinin içinden geçerek yapmak zorunda kaldı. Bu galaksi kümesi o kadar büyük ki, uzay-zamanı önemli ölçüde büker ve bu da ışığın “kütleçekimsel merceklenme” adı verilen bir süreçte büküldüğü anlamına gelir. Ancak kütleçekimsel merceklenme MACS1149-JD1’in parlaklığını artırarak onu görmeyi biraz daha kolaylaştırır.
Kütleçekimsel merceklenme. NASA, ESA & L. Calcada
İlk Yıldızların Dolaylı Belirtileri
MACS1149-JD1 kaydedilen en uzak galaksi değildir ama bu yeni çalışmanın bizim anlayışımıza kattığı şey galaksi oluşum tarihine dair derin bir sezgidir.
Gerçekte, bu galaksideki oksijenin varlığı bize MACS1149-JD1’de bir süredir daha yıldız oluşumunun devam etmesi gerektiğini söyler. Çünkü bunun nedeni, oksijen sadece nükleosentez adı verilen bir süreç içerisinde oluşabilmektedir. Ama bilmediğimiz şey ise bu yıldızların ne zaman ateşlendiği?
Hubble Uzay Teleskobu, Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu’ndan gelen verilerin birleştirilmesi ile, gökbilimciler MACS1149-JD1 içinde “yıldız popülasyonu”na dair bir model yaptılar. Bu onlara elektromanyetik spektrumun belirli bandlarında gözlemlenen galaksiden çıkan emisyonu veren yıldızların karışımını tahmin etmelerine olanak tanıdı.
Bu model geçmişteki yıldızların üretim oranını tanımlayarak galaksinin “yıldız oluşum tarihi”ni tahmin etmeyi içermektedir. Bu modelleme gözlemlenen emisyonu üretebilmek için yıldızların oluşmaya Büyük Patlama’dan 250 milyon yıl sonra başlamalarını önermektedir. Başka bir deyişle, MACS1149-JD1 evrenin yaşının sadece yüzde 2’lik bir dönemde bile oldukça iyi kurulmuş bir galaksiydi.
Bu Büyük Patlama’dan 250 milyon yıl sonra var olan galaksileri gözlemlemenin imkansız olmasından dolayı çok büyük bir bilimsel başarıdır. Ancak, 2020 yılında fırlatılması beklenen yeni James Webb Uzay Teleskobu bunu yapabilir.
Ancak o zamana kadari bu yeni çalışma sayesinde, MACS1149-JD1 gibi antik galaksilerde yıldızların oluştuğu zamanı dolaylı olarak incelemenin ve çalışmanın bir yolu artık var. Aslında, çiçeği gözlemleyerek, gökbilimciler ilk tomurcuğun açıldığı zamanı tahmin etmiş oldular.
Bu makale, The Conversation’da yayınlanan ve Hertfordshire Üniversitesi’nden James Geach tarafından hazırlanan “When did the lights first come on in the universe? A galaxy close to the dawn of time gives a clue” başlıklı yazı baz alınarak hazırlanmıştır.
Dr. Gökhan Atmaca
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi Kuark.Org’u Facebook’ta Takip Edebilirsiniz.
