ALMA İlk Yıldızların Hikâyesini Yeniden Yazdı.

ALMA ve Hubble Uzay Teleskobu verilerinin birleştirilmiş hali

Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizgesi (ALMA) ile gerçekleştirilen gözlemler evrendeki yıldız doğumunun en hareketli olduğu dönemleri düşünüldüğünden çok daha önceye taşıdı. Sonular bir dizi makale olarak Nature dergisinin 14 Mart 2013 tarihli sayısında ve Astrofizik Dergisi’nde yayınlandı. Araştırma açılışı bugün kutlanan yeni uluslararası ALMA gözlemevinden gelen keşiflerin son bir örneği konumunda.


Yıldız doğumlarının en şiddetli patlamalarının Evren’in erken dönemlerinde çok büyük, parlak gökadalarda meydana geldiği düşünülüyor. Bu yıldızlarla dolup taşan gökadalar kozmik gaz ve toz rezervini hızla yeni yıldızlara dönüştürürler — burada bizim gökadamız Samanyolu gibi gökadalardan yüz kat daha hızlı bir şekilde yıldızlar meydana gelir. Uzayda daha da öteye, gökadaların ışığının bize milyarlarca yılda ulaştığı yerlere bakarak, gökbilimciler Evren’nin gençliğindeki bu yoğun dönemi gözleyebiliyorlar.

“Gökada ne kadar uzaktaysa, zamanda o kadar geçmişe bakılıyor, bu yüzden uzaklıklarını ölçtüğümüz parçaları bir araya getirerek 13.7 milyar yıllık Evrenin tarihindeki farklı aşamalarda yeni yıldız oluşumunun coşkulu zaman ölçeğini elde ediyoruz,” diyor ekibin lideri ve Nature’da yayınlanan makalenin başyazarı Joaquin Vieira (Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, ABD).

Uluslararası araştırmacılardan oluşan ekip bu uzak ve gizemli, yıldızlarla dolup taşan gökadaları ilk kez ABD Ulusal Bilim Vakfı’nın 10-metrelik Güney Kutup Teleskopu (SPT) ile keşfettiler ve daha sonra bunları ayrıntılı incelemek ve erken Evren’deki yıldız doğumlarını keşfetmek için ALMA’yı kullandılar. Bu uzak, tozlu, yıldız oluşturan gökadaların beklenilenden daha da uzakta olduklarını bulmaları şaşırtıcı oldu. Bunun anlamı, yaklaşık olarak, bu yıldız oluşumunun coşkulu dönemi 12 milyar yıl önce, Evren’in 2 milyar yaşından biraz daha önce gerçekleşmiş olduğu — önceki tahminlerden tam bir milyar yıl öncesini gösteriyor bu rakamlar.

Bu gökadalardan iki tanesi kendi türlerinin şimdiye dek görülen en uzak örneklerinden — o kadar uzaklar ki ışıkları Evren sadece bir milyar yıl yaşındayken bize doğru yol almaya başladı. Daha da fazlası, bu rekor kırıcılardan bir tanesi, tespit edilen molekülleri arasında suyun da bulunduğu, şimdiye kadar yayınlanan, evrende bulunan en uzak su gözlemine işaret ediyor.

Ekip eşsiz duyarlılıktaki ALMA’yı kullanarak bu 26 gökadadan gelen üç milimetre dalgaboyu civarındaki ışığı kaydetti. Özel dalgaboylarındaki ışık bu gökadalarda bulunan gaz molekülleri tarafından üretiliyor ve buradan gelen ışığın dalgaboyu milyarlarca yıl içinde bize ulaşana kadar Evren’in genişlemesi nedeniyle daha da uzun hale geliyor. Bu uzayan dalgaboylarını ölçerek gökbilimciler bu ışığın ne kadar uzaktan geldiğini hesaplayabiliyorlar ve her bir gökadayı evrenin tarihindeki doğru noktaya yerleştirebiliyorlar.

“ALMA’nın duyarlılığı ve geniş dalgaboyu aralığı gözlemlerimizi — öncekilerden yüz kat daha fazla — her bir gökada ölçümü için sadece birkaç dakikada yapmamızı sağladı,” diyor gökadalar olan uzaklığı ölçen çalışmaya liderlik eden Axel Weiss (Max Planck Radyo Gökbilim Enstitüsü, Bonn, Almanya). “Önceden, bu tür bir gözlem hem görünür-ışık hem de radyo teleskoplardan alınan verilen birleştirildiği zahmetli bir süreç gerektiriyordu.” Bu durumların çoğunda, ALMA gözlemleri tek başına uzaklığı belirleyebildi, ancak birkaç gökada için ekip ALMA gözlem verilerini Atacama Pathfinder Deneyi (APEX) ve ESO’nun Çok Büyük Teleskopu [1] ile alınan gözlemlerle birleştirdi.

Gökbilimciler gözlemlerini ALMA’nın 66 antenden oluşan tüm dizgesinden sadece 16 antenlik bir kısmını kullanarak gerçekleştirdi. Gözlemler sırasında Şili’nin Ant dağlarındaki uzak Chajnantor Platosu’nda 5000 metre yükseklikte teleskop halen inşa halindeydi. Tamamlandığında, ALMA daha duyarlı hale gelecek ve daha da sönük gökadaları tespit edebilecek.

Şimdilik gökbilimciler parlak olanları hedeflediler. Gözlemlerinde doğanın da yardımını aldılar: kütleçekimsel merceklenmeyi kullandılar, bu Einstein’in genel görelilik teorisinin tahmin ettiği bir etki, uzak bir gökadadan gelen ışık daha öndekinin kütleçekim etkisi tarafından mercek etkisiyle eğilerek, uzaktaki gökadayı daha parlak hale getiriyor.

Bu kütleçekimsel merceklenmenin gökadaların görünüşünü ne kadar parlak gösterdiğini hassas bir şekilde anlamak için ekip bunların 0.9 milimetre dalgaboyu civarındaki ALMA gözlemlerini kullanarak daha keskin görüntülerini elde etti. “ALMA ile alınan bu güzel görüntüler arka fondaki gökadaların ışıklarının Einstein halkaları olarak bilinen çok yaylar şeklinde büküldüklerini gösteriyor ki bunlar öndeki gökadaları çevreliyor,” diyor kütleçekimsel merkeceklenme çalışmasını yönlendiren Yashar Hezaveh (McGill Üniversitesi, Montreal, Kanada). “Evrenin yarısı boyunca kozmik bir teleskop gibi davranarak çok daha uzaktaki gökadaları daha büyük ve parlak gösteren çok miktarda karanlık madde ile çevrili gökadaları kullanıyoruz.”

Şekil bozukluklarının analizi bu yıldız oluşturan uzak gökadalardan bazılarının 40 trilyon (40 milyon kere milyon) Güneş kadar parlak olduğunu ortaya çıkardı ve kütleçekimsel merceklenmenin bunları 22 kez daha parlak hale getirdiği görüldü.

“Önceden milimetre-altı bu dalgaboylarında kütleçekimsel olarak merceklenmiş sadece birkaç gökada bulunmuştu, ancak şimdi SPT ve ALMA bunlardan onlarcasını ortaya çıkardı.” diyor ekibin üyelerinden Caros De Breuck (ESO). “Bu tür bilimsel çalışmalar daha önce çoğunlukla Hubble Uzay Teleskopu kullanılarak görünür-ışık dalgaboylarında yapılmıştı, ancak sonuçlarımız ALMA’nın bu alanda çok güçlü yeni bir oyuncu olduğunu gösteriyor.”

“Bu, birlikte çalışan dünyanın her yerinden gökbilimcilerin son teknoloji ürünü bir aleti kullanarak harika keşifler yapmalarına güzel bir örnek,” diyor ekip üyelerinden Daniel Marrone (Arizona Üniversitesi, ABD). “Bu ALMA ve yıldızlarla dolup taşan gökadalar için sadece bir başlangıç. Bir sonraki adımımız bu nesneleri daha ayrıntılı bir şekilde çalışarak, neden ve nasıl yıldızları bu kadar şaşılacak derecede çabuk oluşturduklarını çözmek olacak.”

Notlar

[1] Ek gözlemler APEX, VLT, Avustralya Teleskop Yoğun Dizgesi (ATCA) ve Milimetre-altı Dizgesi (SMA) ile yapıdı.

Daha fazla bilgi

J. Vieira ve arkadaşları tarafından yapılan bu araştırma Nature dergisinde “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing” başlığı ile yayınlandı. Gökadalara olan uzaklığı ölçen çalışma A. Weiss ve arkadaşları tarafından kaleme alındı ve “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies” başlığı ile Astrophysical Journal’da yayınlandı. Kütleçekimsel merceklenmeyi açıklayan çalışma Y. Hezaveh ve arkadaşları tarafından kaleme alındı ve “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies” başlığı ile Astrophysical Journal’da yayınlandı.

Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizgesi (ALMA) bir uluslararası gökbilim tesisi olup, Şili Cumhuriyeti ile işbirliğinde bir Avrupa, Kuzey Amerika ve Doğu Asya ortaklığıdır. ALMA Avrupa'da ESO tarafından, Kuzey Amerika'da ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Kanada Ulusal Araştırma Vakfı (NRC) ile Tayvan Ulusal Bilim Konseyi (NSC) işbirliği tarafından, Doğu Asya'da Tayvan'daki Sinica Akademisi (AS) işbirliği ile Japonya Ulusal Doğa Bilimleri Enstitüsü tarafından desteklenmektedir. ALMA'nın yapımı ve işletilmesi Avrupa kısmında ESO tarafından, Kuzey Amerika kısmında Üniversiteler Birliği Kuruluşu (AUI) tarafından yönetilen Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi (NRAO) tarafından, Doğu Asya kısmında Japonya Ulusal Gökbilim Gözlemevi (NAOJ) tarafından yürütülmektedir. Birleşik ALMA Gözlemevi (JAO), birleştirilmiş liderliği ve ALMA'nın oluşturulması, idaresi ve işletilmesinin yönetimini sağlamaktadır.