Evren neden bu kadar uzun süredir karanlık?
Büyük Patlama anında evren enerji doluydu, ancak yıldız yoktu. Genişleyip soğudukça proton ve nötronlar ilk 3-4 dakikada, nötr atomlar ise yaklaşık 380.000 yıl sonra oluşur. İlk yıldız oluşmuştu ama evren hala karanlıktı Gözlemcileri Big Bang'den 550 milyon yıl önce bu tür yıldız ışığını göremiyordu. Neden bu kadar uzun?
Bugün gözlemlediğimiz genişleyen evren, daha küçük, daha sıcak, daha yoğun ve daha tekdüze bir durumdan üretilen galaksiler ve karmaşık yapılarla doludur. Ancak nötr bir atom oluştuğunda, yaklaşık 550 milyon yıl önce "karanlık çağ" ın sonunu alacaktır. Telif hakkı: C. Faucher-Giguère, A. Lidz ve L. Hernquist, Science 319, 5859 (47)
Bilmek istediğim tek şey, karanlık çağın neden yüz milyonlarca yıl sürdüğü? Veya büyüklük olarak daha küçük veya daha fazla? Yıldızların ve galaksilerin oluşumu, ışık üretiminde büyük bir adımdır, ancak "karanlık çağı" sona erdirmek için yeterli değildir.
Erken evren madde ve radyasyonla doluydu, o kadar sıcak ve yoğundu ki, ilk reaksiyonda proton ve nötronların kararlı bir şekilde oluşmasını engelliyordu. Antimadde kaybolacak ve madde ve radyasyon parçacıkları ışık hızına yakın bir hızda hareket edecek. Telif hakkı: RHIC işbirliği, Brookhaven
Evreni, nötr atomların oluşumundan sadece birkaç dakika uzaktaymış gibi hayal etmeye çalışın, uzay protonlar, fotonükleiler, elektronlar, nötrinolar ve radyasyonla doluydu. Bu erken aşamada üç önemli şey olur: Evren herhangi bir konumda çok tekdüzedir ve yalnızca en az yoğun alanlardan daha yoğun alanlar vardır.
Yerçekimi etkisi nedeniyle, çok yüksek yoğunluğa sahip alan, bunun gerçekleşmesi için ek çekici kuvvet oluşturacaktır. Ve esas olarak foton biçimindeki radyasyon, maddenin çekim etkisine direnmek için dışa doğru iter. Yeterli enerjiye sahip olduğu sürece, nötr atomların kararlı oluşumunu engelleyebilir. Yalnızca evrenin genişlemesi yeterli bir sıcaklığa soğuduğunda, nötr atomlar somutlaştırılmayacaktır.
Sıcak erken evrende, nötr atomlar oluşmadan önce, fotonlar elektronları (ve daha az ölçüde protonları) çok yüksek bir hızda dağıtarak gücü ilettiler. Nötr atom oluştuktan sonra, foton basitçe düz bir çizgide hareket eder. Telif hakkı: Amanda Yoho
Evrenin doğumundan 380.000 yıl sonra, radyasyon (çoğunlukla fotonlar) nötr maddeden herhangi bir yönde serbestçe geçer. 13,8 milyar yıl sonra, Büyük Patlama'nın sonradan gelen parıltısını görebiliriz - kozmik mikrodalga arka plan. Evrenin genişlemesi ve dalga boyunun genişlemesi nedeniyle, şimdi spektrumun "mikrodalga" kısmındadır. Ancak daha da önemlisi, evrendeki aşırı yoğunluk ve düşük yoğunluk bölgelerine karşılık gelen bir sıcaklık dalgalanmaları modeli vardır.
Evren sadece 380.000 yaşındayken, yüksek yoğunluklu, ortalama yoğunluklu ve düşük yoğunluğa sahip alanlar, SPK'nın soğuk, ortalama ve sıcak noktalarına karşılık gelir. Telif hakkı: E. Siegel / Galaksinin Ötesinde
Nötr bir atom oluştuğunda, yerçekiminin gerçekleşmesi daha kolay hale gelir, çünkü fotonlar serbest elektronlarla kolayca etkileşir, ancak nötr atomlarla etkileşim çok daha küçüktür. Foton daha düşük ve daha düşük bir enerjiye soğuduğunda, madde evren için daha önemli hale gelir, böylece yerçekimi oluşmaya başlar. Yerçekimi eylemi, yeterince maddeyi bir araya getirmek için yaklaşık 5-100 milyon yıl sürer ve gaz, ilk yıldızların oluşabilmesi için onu çökertecek kadar soğutulur. Nükleer füzyon ateşlenecek ve evrendeki ilk ağır element doğacak.
İlk yıldızları ve galaksileri oluşturan küçük kusurlar daha sonra bugün gördüğümüz devasa modern galaksileri oluşturmak için birleştikçe, evrenin büyük ölçekli yapısı zamanla değişti. Uzaktan, eskiden olduğu gibi daha genç bir evren keşfettik. Telif hakkı: Chris Blake ve Sam Moorfield
Ancak bu yıldızlarla bile, evren hala karanlık bir çağda. Tüm bu nötr atomlar evrenin her tarafına dağılmıştır, 10 ^ 80 vardır ve Big Bang'in bıraktığı düşük enerjili fotonlar bu normal maddeye şeffaftır ve yüksek enerjili yıldız ışığı opaktır. Bu nedenle Samanyolu'nun merkezindeki yıldızları görünür ışıkta göremezsiniz, ancak daha uzun süreler boyunca (örneğin kızılötesi), nötr gaz ve tozdan görebilirsiniz.
Bu dört görüntü, Samanyolu'ndaki dört farklı dalga boyundaki ışığın merkezi alanını, üstte daha uzun (milimetre altı) dalga boyları, uzak kızılötesinden (No. 2 ve No. 3) geçen ve görünür ışıkla biten merkezi alanı göstermektedir. Samanyolu. Toz kuşağı ve ön plandaki yıldızların, görünür ışık altında merkezi bulanıklaştırdığına dikkat edin. Telif hakkı: ESO / ATLASGAL konsorsiyumu / NASA / GLIMPSE konsorsiyumu / VVV Survey / ESA / Planck / D. Minniti / S. Guisard Teşekkür: Ignacio Toledo, Martin Kornmesser
Evreni yıldız ışığına şeffaf hale getirmek için bu nötr atomların iyonize edilmesi gerekir. Uzun zaman önce iyonize edildi - evren 380.000 yaşına gelmeden biz buna iyonlaşma süreci dedik. Ancak yeterince yeni yıldız oluştuğunda ve yeterince yüksek enerjili, ultraviyole fotonlar salındığında iyonlaşma süreci tamamlanabilir ve karanlık çağ sona erer. İlk yıldızlar Büyük Patlama'dan 5 milyar yıl sonra var olabilse de, ayrıntılı gözlemler bize, evren yaklaşık 550 milyon yıl önce olduğunda yeniden iyonlaşmanın eksik olduğunu söyledi.
Yalnızca ilk yıldızlar ve galaksiler oluştuktan sonra ortaya çıkan evren tarihinin şematik bir diyagramı. Yıldızlar veya galaksiler oluşmadan önce, evren ışığı engelleyen nötr atomlarla doluydu. 550 milyon yıl öncesine kadar evrenin çoğu iyonize olmamasına rağmen, bazı şanslı bölgeler çoğunlukla daha önce iyonlaşmıştı. Görüntü telif hakkı: S. G. Djorgovski ve diğerleri, Caltech Digital Media Center
Peki, evren sadece 400 milyon yaşında iken gördüğümüz ilk galaksiler nasıldı? James Webb Uzay Teleskobu daha ileriyi görecek mi? İki faktör rol oynayabilir:
TOP1, iyonlaşma tek tip değil
Bu uzak galaksi gn-z11, galaksiler arası ortamın esas olarak somutlaştığı bölgede bulunduğu için, Hubble onu şu anda bize gösterebilir. James Webb daha fazlasını görecek. Telif hakkı: NASA, ESA ve A. Feild (STScI)
Evren yığınlar, kusurlar ve düzensizliklerle doludur. Bu aynı zamanda harika çünkü yıldızların, galaksilerin, gezegenlerin ve insanların oluşumuna izin veriyor. Ama aynı zamanda uzaydaki bazı alanların ve gökyüzündeki bazı yönlerin diğer alanlarda tamamen iyonize olduğu anlamına gelir. Şimdiye kadar gördüğümüz en ünlü gökada, gni-z11, parlak ve muhteşem bir gökadadır.Çok genç olmasına rağmen, aynı zamanda evrenin en temel ve tam olarak somutlaşmış yönünde yer almaktadır. Bu, 150 milyon yıl önce "ortalama" iyonlaşma süresinden önce meydana gelen tesadüfi bir keşiftir.
TOP2, daha uzun dalga boyları bu nötr atomlara şeffaftır
İlk günlerde evren karanlık olmasına rağmen, görünür ışık ve morötesi ışığın ışınlaması altında, daha uzun dalga boyları nötr atomlara şeffaftır. Örneğin, "yaratılış sütunları" görünür ışık altında herkesin bildiği gibi opaktır, ancak onları kızılötesi ışıkla gözlemlersek, içindeki yıldızları kolayca görebiliriz.
Aynı nesnenin görünür ışık (L) ve kızılötesi (R) dalga boylarının bakış açısı - yaratılışın sütunu. Gaz ve tozun kızılötesi radyasyona karşı şeffaflığına ve algılayabileceğimiz arka planı ve iç yıldızları nasıl etkilediğine dikkat edin. Telif hakkı: NASA / ESA / Hubble Miras Ekibi
James Webb Uzay Teleskobu yalnızca büyük bir kızılötesi gözlemevi olmayacak, aynı zamanda bu erken yıldızlardan yayılan kızılötesi ışınları gözlemlemek için tasarlanacak. 30 mikron dalga boyuna uzanıp orta kızılötesine girerek evrenin karanlık dönemini gözlemleyebilecek.
Evreni gittikçe daha fazla keşfettikçe, daha az sönük nesnelere karşı giderek daha duyarlı hale geliriz ve nötr atomlar tarafından engellenen nesneler de rahatsız olur. Ama onları bir kızılötesi gözlem istasyonuyla görebilirsiniz. Telif hakkı: NASA / JWST ve HST ekipleri
Evren karanlıktır çünkü içindeki atomlar nötrdür. İyonize evrenin% 98'i bile hala görünür ışığa opaktır.Tüm atomları tamamen iyonlaştırmak yaklaşık 500 milyon yıl alır ve bize gerçekten şeffaf bir evren verir. Karanlık çağ sona erdiğinde, tüm dalga boylarının ışığını görebiliriz, ancak o zamana kadar ya şanslıyız ya da iyi yetişmemiş dalga boyları.
Işığı aydınlatmak için yıldızların ve galaksilerin oluşması, evrendeki karanlık çağı sona erdirmek için yeterli değildir. Işık yaratmak hikayenin sadece yarısıdır; gözlerinize yayılabilecek bir ortam yaratmak da aynı derecede önemlidir. Bunun için çok fazla ultraviyole ışığa ihtiyacımız var ve bu da zaman alıyor. Ancak, doğru şekilde, karanlığa göz atabilir ve daha önce hiç görmediklerimizi görebilirsiniz. İki yıldan kısa bir süre içinde hikaye başladı!
