James Webb Uzay Teleskobu derin geçmişteki küçük devleri tespit etti

James Webb Uzay Teleskobu, hizmete girdiği ilk yılda en beklenmedik bulgulardan birini gerçekleştirdi: Uzak evrendeki çok sayıda soluk küçük kırmızı nokta, süper kütleli kara deliklerin oluşumunu anlama şeklimizi değiştirebilir.

Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (ISTA) astrofizik alanında Yardımcı Doçent olan Jorryt Matthee liderliğindeki araştırma şu anda yürütülüyor. yayınlanan içinde Astrofizik Dergisi.

Gece gökyüzümüzün küçük bir bölgesinde bulunan bir grup küçük kırmızı nokta, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) hizmetinin ilk yılında gerçekten de beklenmedik bir atılım olabilir. Bu nesneler, eski Hubble Uzay Teleskobu’nun “gözleri” açısından normal galaksilerden ayırt edilemezdi.

“Bu özel amaç için geliştirilmeden JWST, evrenin uzak geçmişinde çok uzakta bulunan soluk küçük kırmızı noktaların son derece büyük kara deliklerin küçük versiyonları olduğunu belirlememize yardımcı oldu. Bu özel nesneler, gözlem yapma şeklimizi değiştirebilir. Kara deliklerin oluşumunu düşünün” diyor Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (ISTA) Yardımcı Doçent ve çalışmanın baş yazarı Matthee.

“Mevcut bulgular bizi astronomideki en büyük ikilemlerden birine cevap vermeye bir adım daha yaklaştırabilir: Mevcut modellere göre, erken evrendeki bazı süper kütleli kara delikler basitçe ‘çok hızlı’ büyümüşlerdir. Peki nasıl oluştular?”

Geri dönüşü olmayan kozmik noktalar

Bilim adamları, varlıkları giderek daha belirgin hale gelene kadar uzun süredir kara delikleri matematiksel bir merak olarak görüyorlardı. Bu garip kozmik dipsiz çukurlar o kadar yoğun kütlelere ve güçlü çekim kuvvetlerine sahip olabilir ki hiçbir şey onların çekim gücünden kaçamaz; kozmik toz, gezegenler ve yıldızlar dahil her şeyi emerler ve etraflarındaki uzayı ve zamanı ışığın bile kaçamayacağı şekilde deforme ederler.

Bir asırdan fazla bir süre önce Albert Einstein tarafından yayınlanan genel görelilik teorisi, kara deliklerin herhangi bir kütleye sahip olabileceğini öngörmüştü. En ilgi çekici kara deliklerden bazıları, Güneş’in kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katına ulaşabilen süper kütleli kara deliklerdir (SMBH’ler). Astrofizikçiler hemen hemen her büyük galaksinin merkezinde bir SMBH olduğu konusunda hemfikirdir. Yay A*’nın galaksimizin merkezinde Güneş’in dört milyon katından daha büyük bir kütleye sahip bir SMBH olduğunun kanıtı, 2020 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.

Orada olamayacak kadar büyük

Ancak tüm KOBİ’ler aynı değildir. Yay A* uyuyan bir volkana benzetilebilirken, bazı SMBH’ler astronomik miktarlarda maddeyi yutarak son derece hızlı büyürler. Böylece o kadar parlak hale gelirler ki, sürekli genişleyen evrenin sınırına kadar gözlemlenebilirler. Bu SMBH’lere kuasar adı veriliyor ve evrendeki en parlak nesneler arasında yer alıyor.

Matthee, “Kuasarlarla ilgili bir sorun, kuasarların gözlemlendiği evrenin yaşı göz önüne alındığında, bazılarının aşırı büyük, çok büyük görünmesidir. Biz onlara ‘sorunlu kuasarlar’ diyoruz” diyor.

“Kuasarların büyük yıldızların patlamalarından kaynaklandığını ve maksimum büyüme hızlarını genel fizik yasalarından bildiğimizi düşünürsek, bazıları mümkün olandan daha hızlı büyümüş gibi görünüyor. Bu, beş yıllık bir geçmişe bakmak gibi bir şey. – iki metre boyunda bir çocuk. Bir şeyler akla uymuyor” diye açıklıyor.

KOBİ’ler belki de başlangıçta düşündüğümüzden daha hızlı büyüyebilir mi? Yoksa farklı şekilde mi oluşuyorlar?

Dev kozmik canavarların küçük versiyonları

Şimdi Matthee ve meslektaşları, JWST görüntülerinde küçük kırmızı noktalar olarak görünen bir nesne popülasyonunu tanımlıyorlar. Ayrıca, bu nesnelerin SMBH’ler olduğunu, ancak aşırı derecede büyük olmadıklarını da gösteriyorlar.

Bu nesnelerin SMBH’ler olduğunun belirlenmesinde merkezi nokta, geniş çizgi profillerine sahip Ha spektral emisyon çizgilerinin tespitiydi. Ha çizgileri, hidrojen atomları ısıtıldığında yayılan görünür ışığın koyu kırmızı bölgesindeki spektral çizgilerdir. Spektrumun genişliği gazın hareketini izler.

Matthee, “Hα çizgilerinin tabanı ne kadar geniş olursa gaz hızı da o kadar yüksek olur. Dolayısıyla bu spektrumlar bize son derece hızlı hareket eden ve SMBH gibi çok büyük bir şeyin yörüngesinde dönen çok küçük bir gaz bulutuna baktığımızı söylüyor” diyor.

Ancak küçük kırmızı noktalar, aşırı büyük KOBİ’lerde bulunan dev kozmik canavarlar değil.

“‘Sorunlu kuasarlar’ mavi renkte, son derece parlak ve Güneş’in milyarlarca katına ulaşan kütleye sahipken, küçük kırmızı noktalar daha çok ‘bebek kuasarlara’ benziyor. Kütleleri on ila yüz milyon güneş kütlesi arasındadır. Ayrıca tozlu oldukları için kırmızı görünürler. Toz kara delikleri gizler ve renkleri kızdırır” diyor Matthee.

Ancak eninde sonunda kara deliklerden çıkan gaz toz kozasını delecek ve bu küçük kırmızı noktalardan devler evrimleşecek. Bu nedenle, ISTA astrofizikçisi ve ekibi, küçük kırmızı noktaların, sorunlu kuasarlardan önceki aşamadaki dev mavi SMBH’lerin küçük, kırmızı versiyonları olduğunu öne sürüyor.

Matthee, “Aşırı büyük SMBH’lerin bebek versiyonlarını daha ayrıntılı olarak incelemek, sorunlu kuasarların nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamamızı sağlayacak” diye açıklıyor.

‘Çığır açan’ bir teknoloji

Matthee ve ekibi, EIGER (Emisyon hattı galaksileri ve Reiyonizasyon Çağında Galaksilerarası Gaz) ve FRESCO (İlk Reiyonizasyon Dönemi Spektroskopik Olarak Tamamlanmış Gözlemler) işbirliklerinden elde edilen veri kümeleri sayesinde bebek kuasarları bulmayı başardılar. Bunlar, Matthee’nin dahil olduğu büyük ve orta ölçekli bir JWST programıdır. Geçen aralık, Fizik Dünyası dergisi, EIGER’i 2023 yılı için yılın en büyük 10 atılımı arasında sıraladı.

“EIGER, özellikle nadir mavi süper kütleli kuasarları ve çevrelerini incelemek üzere tasarlandı. Küçük kırmızı noktaları bulmak için tasarlanmamıştı. Ancak bunları aynı veri kümesinde tesadüfen bulduk. Bunun nedeni, JWST’nin Yakın Kızılötesi Kamerasını kullanan EIGER’dir. Evrendeki tüm nesnelerin emisyon spektrumlarını elde ediyor” diyor Matthee. “Eğer işaret parmağınızı kaldırıp kolunuzu tamamen uzatırsanız, gece gökyüzünde keşfettiğimiz bölge kabaca tırnak yüzeyinin yirmide birine karşılık gelir. Şu ana kadar muhtemelen sadece yüzeyi çizdik.”

Matthee, bu çalışmanın birçok yol açacağından ve evrenle ilgili bazı büyük soruların yanıtlanmasına yardımcı olacağından emin.

“Kara delikler ve SMBH’ler muhtemelen evrendeki en ilginç şeyler. Neden orada olduklarını açıklamak zor ama oradalar. Bu çalışmanın evrenle ilgili en büyük gizem perdelerinden birini kaldırmamıza yardımcı olacağını umuyoruz.” sonucuna varıyor.