Webb Teleskobunun Kuasarların Patlamasında Gizlenmiş Uzaktaki Galaksileri Gösteriyor

3
Bu sanatçının illüstrasyonu, evrenin ilk milyar yılında var olan iki galaksiyi tasvir ediyor. Soldaki daha büyük gökada, merkezinde parlak bir kuasara ev sahipliği yapıyor ve parıltısı süper kütleli bir kara deliği çevreleyen sıcak maddeden güç alıyor. Bilim adamları, NASA'nın yaklaşmakta olan James Webb Uzay Teleskobu'nun çözünürlüğü ve kızılötesi hassasiyetinin, kuasarın ışıldak ışınına rağmen bunun gibi tozlu bir ev sahibi galaksiyi tespit etmesine izin vereceğini hesaplıyor. Katkı Sağlayanlar: J. Olmsted (STScI)

Evren Simülasyonları Webb Teleskobunun Kuasarların Patlamasında Gizlenmiş Uzaktaki Galaksileri Ortaya Çıkarabildiğini Gösteriyor

Webb gözlemleri, evrenin ilk milyar yılından itibaren tozlu galaksileri arayacak.

Uzak, genç evrendeki en parlak nesneler kuasarlardır. Bu kozmik işaretçiler, malzemeleri vahşi bir hızda tüketen süper kütleli kara deliklerden güç alıyor. Kuasarlar o kadar parlaktır ki, tüm ev sahibi galaksiyi gölgede bırakabilirler, bu da bu galaksileri incelemeyi ve onları kuasar olmayan galaksilerle karşılaştırmayı zorlaştırır.

Yeni bir teorik çalışma, NASA’nın 2021’de fırlatılması planlanan James Webb Uzay Teleskobu’nun, ev sahibi galaksilerin ışığını parlak merkez kuasarından ne kadar iyi ayırabileceğini inceliyor. Araştırmacılar, Webb’in büyük patlamadan sadece 1 milyar yıl sonra var olan ev sahibi galaksileri tespit edebildiğini keşfettiler.

Kuasarlar, evrendeki en parlak nesneler ve en enerjik nesnelerdir. Milyarlarca yıldızın tüm galaksilerini gölgede bırakırlar. Her kuasarın merkezinde süper kütleli bir kara delik vardır, ancak her kara delik bir kuasar değildir. Bir kuasara yalnızca en şiddetli biçimde beslenen kara delikler güç sağlayabilir. Süper kütleli kara deliğe düşen malzeme ısınır ve bir kuasarın evrendeki bir deniz feneri fener gibi parlamasına neden olur.

Kuasarların galaksilerin merkezinde yer aldıkları bilinmesine rağmen, bu galaksilerin neye benzediğini ve kuasar olmayan galaksilere kıyasla nasıl olduklarını söylemek zordu. Buradaki zorluk, kuasarın parıltısının çevredeki ana galaksiden ışık çekmeyi zorlaştırması veya imkansız hale getirmesidir. Bu, doğrudan bir araba farına bakıp ne tür bir arabaya bağlı olduğunu anlamaya çalışmak gibidir.

Yeni bir çalışma [1], NASA tarafından 2021’de fırlatılması planlanan James Webb Uzay Teleskobu’nun, küçük boyutuna ve belirsiz tozuna rağmen bazı uzaktaki kuasarların ev sahibi galaksilerini ortaya çıkarabileceğini öne sürüyor.

Webb Teleskobunun Kuasarların Patlamasında Gizlenmiş Uzaktaki Galaksileri Gösteriyor 1
Bu simüle edilmiş görüntüler, bir kuasar ve onun ev sahibi galaksisinin NASA’nın yaklaşmakta olan James Webb Uzay Teleskobu (üstte) ve Hubble Uzay Teleskobu’nda (altta) sırasıyla 1.5 ve 1.6 mikron kızılötesi dalga boylarında nasıl görüneceğini gösteriyor. Webb’in daha büyük aynası, 4 kattan fazla çözünürlük sağlayarak gökbilimcilerin galaksinin ışığını merkezi kuasarın ezici ışığından ayırmasına olanak tanıyacak. Tek tek görüntüler gökyüzünde yaklaşık 2 arcsaniye uzunluğunda olup, 7 kırmızıya kayma ile 36.000 ışıkyıllık bir mesafeyi temsil eder. Kredi: M. Marshall (Melbourne Üniversitesi)

“Bu kuasarların ne tür galaksilerde yaşadığını bilmek istiyoruz. Bu, şu gibi soruları yanıtlamamıza yardımcı olabilir: Kara delikler nasıl bu kadar hızlı büyüyebilir? Galaksinin kütlesi ile kara deliğin kütlesi arasında bir ilişki var mı? yakın evrende gördünüz mü? ” Avustralya Melbourne Üniversitesi Baş yazar Madeline Marshall, ARC Center of Excellence in All Sky Astrophysics in 3D’deki çalışmalarını yönetti.

Bu soruları yanıtlamak, birkaç nedenden dolayı zordur. Özellikle, bir galaksi ne kadar uzaktaysa, evren genişledikçe ışığı da o kadar uzun dalga boylarına yayılır. Sonuç olarak, kara deliğin birikme diskinden veya galaksinin genç yıldızlarından gelen ultraviyole ışık kızılötesi dalga boylarına kayar.

Yakın zamanda yapılan bir çalışmada [2], gökbilimciler, önemli tespitler olmaksızın ev sahibi galaksiler etrafındaki parlamayı tespit etme umuduyla bilinen kuasarları incelemek için NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nun yakın kızılötesi yeteneklerini kullandılar. Bu, galaksilerdeki tozun yıldızlarının ışığını engellediğini gösteriyor. Webb’in kızılötesi dedektörleri tozun içinden geçebilecek ve gizli galaksileri ortaya çıkarabilecek.

Hubble, kendi galaksilerini görecek kadar kızıl ötesine gitmiyor. Tempe’deki Arizona Eyalet Üniversitesi’nden Rogier Windhorst Hubble çalışmasının ortak yazarı Rogier Windhorst, “Burası Webb’in gerçekten harika olacağı yer” dedi.

Ekip, Webb’in görmesinin beklendiğini belirlemek için, Pennsylvania, Pittsburgh’daki Carnegie Mellon Üniversitesi’nde Tiziana Di Matteo liderliğindeki bir ekip tarafından geliştirilen BlueTides adlı son teknoloji bir bilgisayar simülasyonu kullandı.

BlueTides, evren tarihinin ilk milyar yılında galaksilerin ve kuasarların oluşumunu ve evrimini incelemek için tasarlandı. BlueTides simülasyonunu çalıştıran Carnegie Mellon Üniversitesi’nden Yueying Ni, “Büyük kozmik hacim ve yüksek uzaysal çözünürlük, bu nadir kuasar konakları istatistiksel bir temelde incelememize izin veriyor” dedi. BlueTides, mevcut gözlemlere çok iyi uyuyor ve astronomların Webb’in ne görmesi gerektiğini tahmin etmesine izin veriyor.

Ekip, kuasarlara ev sahipliği yapan galaksilerin ortalamadan daha küçük olma eğiliminde olduğunu ve neredeyse galaksimiz kadar kütle içermelerine rağmen Samanyolu çapının yalnızca 1 / 30’unu kapladığını buldu. Marshall, “Ev sahibi galaksiler, o zamanki ortalama galaksiye kıyasla şaşırtıcı derecede küçüktür” dedi.

Simülasyondaki galaksiler, Samanyolu’ndaki mevcut yıldız oluşum hızından 600 kat daha hızlı bir şekilde yıldız oluşturma eğilimindeydiler. Ortak yazar Di Matteo, “Bu sistemlerin çok hızlı büyüdüğünü gördük. Erken gelişmiş çocuklar gibiler – her şeyi erken yapıyorlar” diyor.

Ekip daha sonra, gözlemevi bu uzak sistemleri incelerse Webb’in kameralarının ne göreceğini belirlemek için bu simülasyonları kullandı. Gökadanın gökyüzündeki küçük boyutu nedeniyle hala zor olsa da, ev sahibi gökadayı kuasardan ayırt etmenin mümkün olacağını keşfettiler.

Marshall, “Webb bu uzaktaki ev sahibi galaksileri ilk kez gözlemleme fırsatını açacak” dedi.

Ayrıca, Webb’in spektrograflarının bu sistemlerden neler elde edebileceğini de düşündüler. Gelen ışığı bileşen renklerine veya dalga boylarına ayıran spektral araştırmalar, bu sistemlerdeki tozun kimyasal bileşimini ortaya çıkarabilir. Çoğu kimyasal element yıldızlarda üretildiğinden, ne kadar ağır element içerdiklerini öğrenmek, gökbilimcilerin yıldız oluşum geçmişlerini anlamalarına yardımcı olabilir.

Webb ayrıca ev sahibi galaksilerin izole edilip edilmediğini de belirleyebilir. Hubble çalışması, kuasarların çoğunun tespit edilebilir eşlikçi galaksilere sahip olduğunu, ancak bu galaksilerin gerçekten yakın mı yoksa rastgele süperpozisyonlar mı olduğunu belirleyemediğini buldu. Webb’in spektral yetenekleri, gökbilimcilerin bu görünür refakatçi galaksilerin kırmızıya kaymalarını ve dolayısıyla bunların kuasar ile aynı mesafede olup olmadıklarını belirlemek için mesafelerini ölçmelerine olanak tanıyacak.

Nihayetinde, Webb’in gözlemleri bu aşırı sistemler hakkında yeni perspektifler sağlamalıdır. Gökbilimciler hala bir kara deliğin sadece bir milyar yıl içinde Güneşimizin milyarlarca katına nasıl ulaşabileceğini anlamakta güçlük çekiyorlar. Melbourne Üniversitesi’nden eş yazar Stuart Wyithe, “Bu büyük kara delikler bu kadar erken olmamalıydı çünkü bu kadar büyümeleri için yeterli zaman olmamalıydı” dedi.

Gelecekteki quasar çalışmaları, yaklaşmakta olan birden fazla gözlemevi arasındaki sinerji ile de desteklenecek. Avrupa Uzay Ajansı’nın Öklid misyonunun yanı sıra, yerdeki Vera C. Rubin Gözlemevi, Ulusal Bilim Vakfı / Enerji Bakanlığı tesisi ile kızılötesi araştırma şu anda Şili’nin Atacama Çölü’ndeki Cerro Pachón’da yapım aşamasında. Her iki gözlemevi de bilinen uzak kuasarların sayısını önemli ölçüde artıracak. Bu yeni bulunan kuasarlar daha sonra Hubble ve Webb tarafından evrenin oluşum yıllarına dair yeni anlayışlar elde etmek için incelenecek.

Referanslar:

Madeline A Marshall, Yueying Ni, Tiziana Di Matteo, J Stuart B Wyithe, Stephen Wilkins, Rupert AC Croft ve Jussi K Kuusisto, 5 Ekim 2020, Aylık Bildirimler “z = 7 kuasar barındıran galaksiler: BlueTides simülasyonundan tahminler” Royal Astronomical Toplum.

MA Marshall, M. Mechtley, RA Windhorst, SH Cohen, RA Jansen, L. Jiang, VR Jones, JSB Wyithe1, X. Fan tarafından “Quasar Ana Bilgisayarlarından Kalan Çerçeve Ultraviyole Emisyon Limitleri”. Hathi, K. Jahnke, WC Keel, AM Koekemoer, V. Marian, K. Ren, J. Robinson, HJA Röttgering, RE Ryan Jr., E. Scannapieco, DP Schneider, G. Schneider, BM Smith ve H. Yan, 27 Ağustos 2020, The Astrophysical Journal.

Bluetides simülasyonu (proje PI: Carnegie Mellon Üniversitesi’ndeki Tiziana Di Matteo), National Science Foundation tarafından desteklenen Blue Waters sürdürülebilir petascale hesaplama tesisinde gerçekleştirildi.

James Webb Uzay Teleskobu, 2021’de başlatıldığında dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevi olacak. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin ve yerimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini inceleyecek. in. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yürütülen uluslararası bir programdır.


YORUM YAP

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz