Hubble Uzay Teleskobu ve James Webb Uzay Teleskobu ile elde edilen verilere göre, erken kozmik şafakta serbest uçuşan fotonların kökeni, galaksiler arası uzayı dolduran bulanık hidrojen sisini temizleyerek hayata dönen küçük cüce galaksilerdi.
Institut d'Astrophysique de Paris'ten astrofizikçi Iryna Chemerynska, "Bu keşif, ultra soluk galaksilerin Evren'in erken evriminde oynadığı önemli rolü ortaya koyuyor" diyor.
"Kozmik yeniden iyonlaşma sırasında nötr hidrojeni iyonize plazmaya dönüştüren iyonlaştırıcı fotonlar üretiyorlar. Bu, Evren'in tarihini şekillendirmede düşük kütleli galaksileri anlamanın önemini vurguluyor."
Evrenin başlangıcında, Büyük Patlama'dan birkaç dakika sonra, uzay sıcak, yoğun bir iyonize plazma sisi ile doluydu. Var olan az miktardaki ışık bu sise nüfuz edemezdi; fotonlar sadece etrafta yüzen serbest elektronlardan saçılarak Evreni karanlık hale getirirlerdi.
Evren soğudukça, yaklaşık 300.000 yıl sonra, protonlar ve elektronlar bir araya gelerek nötr hidrojen (ve biraz da helyum) gazı oluşturmaya başladı. Işığın çoğu dalga boyu bu nötr ortama nüfuz edebiliyordu, ancak onu üretecek ışık kaynakları çok azdı. Ancak bu hidrojen ve helyumdan ilk yıldızlar doğdu.
Bu ilk yıldızlar, elektronları çekirdeklerinden koparacak ve gazı yeniden iyonlaştıracak kadar güçlü bir radyasyon yaydılar. Ancak bu noktada Evren o kadar genişlemişti ki gaz dağınıktı ve ışığın parlamasını engelleyemiyordu. Büyük Patlama'dan yaklaşık 1 milyar yıl sonra, kozmik şafak olarak bilinen dönemin sonunda, Evren tamamen reiyonize olmuştu. Artık ışıklar yanıyordu.
Ancak kozmik şafakta çok fazla bulanıklık olduğu için ve zaman ve uzay boyunca çok loş ve uzak olduğu için, orada ne olduğunu görmekte zorlandık. Bilim insanları, berraklığın çoğundan sorumlu olan kaynakların güçlü olması gerektiğini düşündüler — örneğin, birikmeleri parlak ışık üreten devasa kara delikler ve yıldız oluşumunun sancılarını çeken büyük galaksiler (bebek yıldızlar çok fazla UV ışığı üretir).
JWST kısmen kozmik şafağa bakmak ve orada neyin gizlendiğini görmeye çalışmak için tasarlandı. Çok başarılı oldu ve Evrenimizin oluşumundaki bu kritik zamanla ilgili her türlü sürprizi ortaya çıkardı. Şaşırtıcı bir şekilde, teleskobun gözlemleri şimdi cüce galaksilerin reiyonizasyonda kilit oyuncu olduğunu gösteriyor.
Institut d'Astrophysique de Paris'ten astrofizikçi Hakim Atek liderliğindeki uluslararası bir ekip, Hubble'dan gelen verilerle desteklenen Abell 2744 adlı bir galaksi kümesi hakkındaki JWST verilerine yöneldi. Abell 2744 o kadar yoğun ki uzayzaman onun etrafında bükülerek kozmik bir mercek oluşturuyor; bu uzayzaman boyunca bize doğru seyahat eden herhangi bir uzak ışık büyütülüyor. Bu da araştırmacıların kozmik şafağa yakın küçük cüce galaksileri görmelerini sağladı.
Daha sonra, bu küçük galaksilerin ayrıntılı spektrumlarını elde etmek için JWST'yi kullandılar. Analizleri, bu cüce galaksilerin yalnızca Evren'in erken dönemlerinde en bol bulunan galaksi türü olmakla kalmayıp, beklenenden çok daha parlak olduklarını ortaya koydu. Aslında, ekibin araştırması cüce galaksilerin büyük galaksilerden 100'e 1 oranında daha fazla olduğunu ve kolektif çıktılarının genellikle daha büyük galaksiler için varsayılan iyonlaştırıcı radyasyonun dört katı olduğunu gösteriyor.
Atek, "Bu kozmik güç merkezleri toplu olarak, işi halletmek için yeterli enerjiden daha fazlasını yayıyor" diyor. "Küçük boyutlarına rağmen, bu düşük kütleli galaksiler enerjik radyasyonun üretken üreticileridir ve bu dönemdeki bollukları o kadar önemlidir ki, kolektif etkileri Evrenin tüm durumunu değiştirebilir."
Bu, reiyonizasyonun arkasındaki güç için şimdiye kadarki en iyi kanıt, ancak yapılması gereken daha çok iş var. Araştırmacılar gökyüzünün küçük bir parçasına baktılar; örneklerinin sadece anormal bir cüce galaksi kümesi olmadığından, kozmik şafakta tüm nüfusun temsili bir örneği olduğundan emin olmaları gerekiyor.
Erken galaktik popülasyonların daha geniş bir örneğini elde etmek için gökyüzünün daha fazla kozmik mercek bölgesini incelemeyi planlıyorlar. Ancak sadece bu örnekte bile sonuçlar inanılmaz derecede heyecan verici. Bilim insanları, bildiğimizden beri reiyonizasyon hakkında cevaplar peşinde koşuyorlar. Sonunda sisi dağıtmanın eşiğindeyiz.
Avustralya'daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nden astrofizikçi Themiya Nanayakkara, "JWST ile artık keşfedilmemiş bir bölgeye girdik" diyor.
"Bu çalışma, başlangıcımızın evrimsel tarihini haritalandırma çabalarımızda yanıtlamamız gereken daha heyecan verici sorulara kapı açıyor."
