KARA İNCİ: BÜYÜK PATLAMA'DAN 500 MİLYON YIL SONRA BİR TOZ PARMAK İZİ

James Webb Uzay Teleskobu, galaksilerin kozmik tarihin ilk milyar yılı içinde şaşırtıcı bir hızla metaller ve tozla dolduğunu bulmayı sürdürüyor. O kadar uzaktaki tozu incelemek zor: tozun kendi ısı ışıması saptanması son derece güç bir şey. Ama toz, içinden geçen yıldız ışığında da izler bırakır ve bu izlerden biri özellikle çok şey anlatır.

Morötesinde bir çukur

Samanyolu’nda toz, morötesi ışığı merkezi 2.175 ångström civarında olan geniş bir “tümsekle” (bump) kısar: tayfta bir çukur, Galaksimizin sönüm eğrisinin en belirgin özelliği. Yaygın olarak karbonca zengin küçük taneciklere ya da moleküllere atfedilir, ancak tam olarak hangilerine olduğu hâlâ tartışmalı — küçük grafit tanecikleri, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH’lar) ve amorf karbon adaylar arasında. Samanyolu’nda farklı görüş doğrultularında tümseğin genişliği ve gücü değişir, ama merkezî konumu dikkat çekici biçimde sabittir.

Webb bu arayışı erken evrene taşıdı. Dönüm noktası niteliğindeki bir tespit, Büyük Patlama’dan yaklaşık 800 milyon yıl sonrasına, 6,71 kırmızıya kaymasına sahip bir galakside geldi; tümseğin tepesi yaklaşık 2.263 Å’daydı — Samanyolu’ndakinden daha kırmızı. 7,11 kırmızıya kaymasındaki bir başkasının tepesi 2.257 Å’da. Ortalamada tümsek daha erken dönemlere doğru zayıflıyor gibi görünüyor.

Kırmızıya kayması 9,33 olan bir galaksi

Padova Üniversitesi ve INAF’tan Giulia Rodighiero ile Avrupa, Amerika kıtası ve Asya’dan yaklaşık elli ortak yazar, iki eşgüdümlü program olan ZENITH ve EMBER’den Webb’in NIRSpec tayflarını taradı. 2.175 Å bölgesinin kapsandığı, kırmızıya kayması 8’in ötesindeki kaynaklara baktılar; daha önce tümsek gösterenleri seçmeden. Biri öne çıktı. Ona Kara İnci (the Black Pearl) diyorlar — makale nedenini söylemiyor.

Hidrojen ve oksijen salma çizgileri onu 9,3335 kırmızıya kaymasına yerleştiriyor; Büyük Patlama’dan yaklaşık 500 milyon yıl sonraki hâliyle görülüyor. Oldukça küçük bir galaksi: yıldız kütlesi yaklaşık 10^8,35 Güneş, yılda kabaca 2,4 Güneş değerinde yıldız oluşturuyor ve kırmızıya kayması 9’un ötesinde tayfsal olarak doğrulanmış morötesinde en parlak galaksilerden biri.

Aynı çukuru görmenin iki yolu

Tayfı, bir toz tümseğinin tam olması gereken yerde geniş bir çöküntü gösteriyor. Ekip bunu birbirinden bağımsız iki yolla ölçtü.

Birincisi doğrudan: morötesi süreklilik pürüzsüz bir eğriyle uydurulup ek kısılma ölçülüyor. Çukur 17,6 sigma ile saptanıyor ve tümsek biçimli bir profil eklemek uyumu büyük ölçüde iyileştiriyor (474 olan χ² 8,2’ye düşüyor). Profilin tepesi 2.132 ± 17 Å’da, genişliği 413 ± 54 Å ve en yüksek kısılması 0,21 kadir. Denetimler, yakındaki bir karbon salma çizgisini ve çözümlenmemiş çizgilerin karışımını neden olarak dışlıyor.

İkincisi, galaksinin tam bir modeliyle — yıldızlar, gaz, toz ve fotometri — tümseğin konumunun ve genişliğinin serbest bırakıldığı esnek bir toz yasası kullanarak. Sınanan her iki yıldız oluşum geçmişi de yaklaşık 2.147 ve 2.168 Å’da bir tümsek veriyor; daha az kesin olsa da doğrudan ölçümle tutarlı.

Bunu bir kara delik taklit ediyor olabilir mi? Etkin bir çekirdek, bir çukuru taklit eden bir demir çizgileri ormanı üretebilir. Salma çizgileri sert bir ışınım alanına işaret ediyor ve bir çekirdeğin bir miktar katkısına yer bırakıyor, ama morötesine hâkim olacak kadar güçlü bir çekirdeğe değil. Yazarlar tozu tercih ediyor, ancak “belki de kayda değer” bir çekirdeğin kesin olarak dışlanamayacağını belirtiyor.

Yanlış yöne kaymış

Genişlik Samanyolu’nunkine uyuyor. Konum uymuyor: Galaksimizin ortalamasından yaklaşık 2,5 sigma ile 43 Å daha mavi, ve kırmızıya kayması 7 civarında bilinen, kırmızıya doğru kaymış iki tümsekten yaklaşık 127 Å daha mavi. Yazarlara göre bu çeşitlilik erken evrende tek bir evrensel tümsek olmadığına işaret ediyor: arkasındaki toz tanecikleri muhtemelen galaksiden galaksiye farklıydı.

Peki ne bunlar? En küçük grafit tanecikleri için yapılan hesaplar, önceki 6,71 kırmızıya kaymalı örneğin aksine Kara İnci’nin profiline yaklaşıyor. Bazı tekil PAH molekülleri de onu yeniden üretebiliyor — ama PAH’lar daha düşük kırmızıya kaymadaki metalce fakir galaksilerde az bulunuyor ve burada çıkarsanan yoğun ışınım en küçüklerini yok edebilir. İkisi de makul olmayı sürdürüyor.

200 milyon yılda toz

Önemli olan saat, Büyük Patlama’dan bu yana geçen 500 milyon yıl değil, galaksinin yıldız üretmeye başlamasından bu yana geçen süre. Bu, kırmızıya kayması 14 civarında başladıysa, elde yaklaşık 200 milyon yıl vardı. Süpernovalar, yıldızlar arasında tanecik büyümesi ve belki de en hızlı evrilen AGB yıldızları katkıda bulunmuş olabilir; her birinin payı açık bir soru olarak kalıyor.

Bu tek bir galaksi, tümseğinin kayması yalnızca yaklaşık 2,5 sigma düzeyinde anlamlı ve sönüm eğrileri tanecik türleriyle bire bir eşleşmiyor. Makale ApJ dergisine gönderildi. Mesajı şu: yalnızca tümseğin varlığı değil, biçimi de artık ilk tozun nasıl oluştuğunu izlemeye yarayabilir.