James Webb Uzay Teleskobu’nun sanatçı anlayışı. Kredi: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
Webb Uzay Teleskobu ekibi, yaz aylarında bilim operasyonlarına başlamadan önceki son adım olan bilim araçlarını devreye almak için çalışmaya devam ediyor. Yakın zamanda Samanyolu galaksimizin merkezindeki kara deliğin Event Horizon Teleskobu tarafından çekilmiş muhteşem görüntüsünü gördük. Modern astronominin bilmecelerinden biri, her büyük galaksinin nasıl devasa bir merkezi kara deliğe sahip olduğu ve bu karadeliklerden bazılarının evrenin çok erken zamanlarında bile nasıl şaşırtıcı derecede büyük olduğudur. Webb’in Yakın Kızılötesi Spektrometresi (NIRSpec) alet bilimi ekibinin bir üyesi olan Roberto Maiolino’dan, Webb’in bu sorulardan bazılarını yanıtlamaya nasıl yardımcı olacağını bize söylemesini istedik.
“Webb’in açmak üzere olduğu en heyecan verici keşif alanlarından biri, erken evrendeki ilkel kara deliklerin araştırılmasıdır. Bunlar, gökbilimcilerin galaktik çekirdeklerde bulduğu çok daha büyük kara deliklerin tohumlarıdır. Çoğu (muhtemelen tümü) galaksi, kütleleri Güneşimizin kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katı arasında değişen kütlelere sahip merkezlerinde kara delikler barındırır. Bu süper kütleli kara delikler, hem etraflarındaki maddeyi yutarak hem de daha küçük kara deliklerin birleşmesiyle çok büyük hale geldiler.
“Son zamanlardaki ilgi çekici bir bulgu, birkaç milyar güneş kütlesi kütleye sahip hiper-kütleli kara deliklerin keşfedilmesiydi; evren sadece 700 milyon yaşında iken, şu anki yaşı olan 13,8 milyar yıllık küçük bir kısmı zaten yerindeydi. Bu şaşırtıcı bir sonuçtur, çünkü standart teorilere göre bu tür erken dönemlerde bu tür aşırı kütleli karadelikleri büyütmek için yeterli zaman yoktur. Bu muammayı çözmek için bazı senaryolar önerilmiştir.
“Bir olasılık, erken evrendeki ilk nesil yıldızların ölümünden kaynaklanan kara deliklerin, olağanüstü yüksek oranlarda malzeme biriktirmiş olmasıdır. Diğer bir senaryo ise, helyumdan daha ağır kimyasal elementler tarafından henüz zenginleştirilmemiş ilkel, bozulmamış gaz bulutlarının doğrudan çökerek bir gaz bulutu oluşturabileceğidir. Kara delik birkaç yüz bin güneş kütlesi kütlesine sahip ve daha sonraki dönemlerde gözlemlenen hiper-kütleli kara deliklere dönüşecek maddeyi biriktiriyor. Son olarak, bebek gökadaların merkezlerindeki yoğun, nükleer yıldız kümeleri, yıldız çarpışmaları veya yıldız kütleli karadeliklerin birleşmesi yoluyla orta kütleli kara delik tohumları üretmiş ve daha sonra toplanma yoluyla çok daha büyük hale gelmiş olabilir.
Bu çizim, bilinen kara deliklerin (büyük kara noktalar) popülasyonlarını ve erken evrendeki (gölgeli bölgeler) aday kara delik atalarını göstermektedir. Kredi: Roberto Maiolino, Cambridge Üniversitesi
“Webb bu alanda tamamen yeni bir keşif alanı açmak üzere. İlk kara delik tohumlarının, büyük patlamadan sadece birkaç milyon yıl sonra, orijinal olarak ‘bebek evren’de oluşması mümkündür. Webb, bu ilkel nesneler hakkında bilgi edinmek için mükemmel bir ‘zaman makinesi’dir. Olağanüstü hassasiyeti, Webb’i son derece uzak galaksileri tespit etme yeteneğine sahip kılar ve galaksilerin yaydığı ışığın bize ulaşması için gereken süre nedeniyle, onları uzak geçmişte oldukları gibi göreceğiz.
“Webb’in NIRSpec cihazı, özellikle ilkel kara delik tohumlarını tanımlamak için çok uygundur. NIRSpec Enstrüman Bilimi Ekibindeki meslektaşlarım ve ben, açgözlü bir şekilde maddeyi yuttukları ve hızla büyüdükleri ‘aktif’ aşamalarda onların imzalarını arayacağız. Bu evrelerde, onları çevreleyen malzeme aşırı derecede sıcak ve parlak hale gelir ve çevrelerindeki ve ev sahibi galaksilerdeki atomları iyonize eder.
“NIRSpec, bu sistemlerden gelen ışığı spektrumlara veya ‘gökkuşaklarına’ dağıtacak. Aktif kara delik tohumlarının gökkuşağı, yüksek oranda iyonize atomların özellikleri olan belirli ‘parmak izleri’ ile karakterize edilecektir. NIRSpec ayrıca bu ilkel karadeliklerin çevresinde dönen gazın hızını da ölçecektir. Daha küçük kara delikler, daha düşük yörünge hızlarıyla karakterize edilecektir. Bozulmamış bulutlarda oluşan kara delik tohumları, helyumdan daha ağır herhangi bir elementle ilişkili özelliklerin yokluğu ile tanımlanacaktır.
“Bu kara delik atalarını aramak için Webb’in benzeri görülmemiş yeteneklerini kullanmayı, onların doğasını ve kökenini anlama nihai hedefiyle kullanmayı dört gözle bekliyorum. Erken evren ve karadelik tohumlarının dünyası, meslektaşlarım ve benim Webb ile keşfetmekten büyük heyecan duyduğumuz, tamamen keşfedilmemiş bir alandır.”
– Roberto Maiolino, deneysel astrofizik profesörü ve Cambridge Üniversitesi Kavli Kozmoloji Enstitüsü müdürü
Tarafından yazılmıştır:
- Webb kıdemli proje bilimcisi yardımcısı Jonathan Gardner, NASAGoddard Uzay Uçuş Merkezi
- Stefanie Milam, NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi, gezegen bilimi için proje bilimcisi yardımcısı Webb