James Webb Uzay Teleskobu (JWST), faaliyete geçtiği ilk yılda birçok önemli keşif yaptı. Bunlar arasında Yaratılış Sütunları, ötegezegenlerin ve Jüpiter türlerinin atmosferik iletim spektrumları, en büyük uyduları, Satürn’ün halkaları, en büyük uydusu Titan ve Enceladus’un tüyleri gibi ikonik kozmik yapıların şimdiye kadarki en net görüntülerinin sağlanması yer alıyor. Ancak JWST, gözlemlerinin ilk yılında çığır açıcı olabilecek beklenmedik bir keşifte de bulundu: Evrenin küçük bir bölgesinde bir grup “küçük kırmızı nokta” keşfetti.
Bu nesneler EIGER (Emisyon Hattı Galaksileri ve Reiyonizasyon Döneminde Galaksilerarası Gaz) ve FRESCO (İlk Reiyonizasyon Dönemi Spektroskopik Olarak Tamamlanmış Gözlemler) araştırmalarında görüldü. Uluslararası astrofizikçilerden oluşan bir ekibin yaptığı yeni bir analize göre, bu noktaların, evrenin erken dönemlerinde var olan süper kütleli kara deliklerin öncülerini içeren galaktik çekirdekler olduğu ortaya çıktı. Bu kara deliklerin Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra ortaya çıkması, Evrendeki ilk süper kütleli kara deliklerin oluşumuna ilişkin anlayışımızı değiştirebilir.
Uluslararası ekibin araştırması, Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (ISTA) ve İsviçre Teknik Okulu’nda (ETH Zürih) astrofizik alanında yardımcı doçent olan Jorrit Matti tarafından yönetildi.
Bilim adamları, çoğu büyük galaksinin merkezinde süper kütleli kara deliklerin bulunduğunu uzun zamandır biliyorlardı. Samanyolu’nun merkezindeki Yay A* gibi bazıları hareketsizken, diğer kara delikler aktiftir ve yılda birkaç güneş kütlesi oranında büyümektedir. Hızla büyüyen bu kara delikler, parlaklıklarıyla disklerindeki tüm yıldızları geçici olarak gölgede bırakan aktif galaktik çekirdekleri – kuasarları besler.
Kuasarlar gökbilimcilerin bildiği en parlak cisimler arasındadır. Son yıllarda gökbilimciler, evrenin erken dönemlerinde boyutları kozmolojik modellerin tahminlerini aşan çok sayıda kuasar ve süper kütleli kara delik keşfettiler. Matti’nin bir basın açıklamasında açıkladığı gibi: “Kuasarlarla ilgili sorunlardan biri, bazılarının gözlemlendikleri evrenin yaşına göre çok büyük görünmesidir. Kuasarların büyük yıldızların patlaması sonucu ortaya çıktığını ve genel yasalara göre bilinen maksimum büyüme hızına sahip olduğumuzu düşünürsek, bazılarının mümkün olandan daha hızlı büyümüş gibi göründüğünü söyleyebiliriz. İki metre boyundaki beş yaşındaki bir çocuğa bakmak gibi. Bir şeyler akla uymuyor.”
Mathie ve ekibi, Mathie’nin de dahil olduğu EIGER ve FRESCO çalışmalarından elde edilen verileri analiz ederek “küçük kırmızı noktalar” popülasyonunu belirledi. EIGER kampanyası, erken Evrendeki kuasarları değil, nadir mavi süper kütleli kuasarları ve çevrelerini araştırmak için kuruldu. Ancak Yakın Kızılötesi Kamera (NIRCam), bilinen Evrendeki tüm nesnelerin emisyon spektrumlarını kaydetme kapasitesine sahiptir. Daha önce bu nesneler, Hubble gözlemlerine dayanarak yanlışlıkla sıradan galaksiler olarak sınıflandırılıyordu.
Ancak NIRCam sayesinde ekip bunların süper kütleli kara delikler olduğunu tespit etti. Mathy’ye göre bu keşif astronomi ve kozmoloji açısından derin anlamlar taşıyabilir: “JWST, Evrenin uzak geçmişinde bulunan bu “küçük kırmızı noktaların” aşırı büyük kara deliklerin küçük versiyonları olduğunu belirlememize yardımcı oldu. Bu nesneler kara deliklerin kökenine dair anlayışımızı değiştirebilir. Bu keşifler bizi astronominin en büyük gizemlerinden birine cevap vermeye daha da yaklaştırabilir: Mevcut modellere göre, evrenin erken dönemlerindeki bazı süper kütleli kara delikler “çok hızlı” büyüdü. Nasıl oluştular?
Ekip, hidrojen spektral çizgilerinin NIRCam tespiti sayesinde galaksileri küçük kuasarlardan ayırt edebildi. Gözlemlenen spektrumların geniş bir profile sahip olduğunu buldular ve bunu sıcak hidrojen gazının hareketini belirlemek için kullandılar. Mathy, “Bu spektrumlar bize son derece yüksek hızlarda hareket eden ve çok büyük bir şeyin yörüngesinde dönen çok küçük bir gaz bulutuna baktığımızı söylüyor” dedi.
Elde edilen kırmızıya kayma değerleri de aynı derecede önemli; bu da bu nesnelerin 12 milyar yıldan daha önce (Büyük Patlama’dan yaklaşık 1 milyar yıl sonra) var olduğunu ve bugün komşu galaksilerde gözlemlenen kuasarlar kadar büyük olmadıklarını gösteriyor. Mathy’nin belirttiği gibi, “Bu nesneler ’embriyo kuasarlarına’ benziyor. Kütleleri on ila yüz milyon güneş kütlesi arasında değişmektedir. “Tozlu” oldukları için kırmızı görünürler. Toz kara delikleri karartıyor ve onlara kırmızı bir renk veriyor.”
Sonunda, bir hidrojen gazı akışı, devasa kara delikleri (“toz kozası”) çevreleyen ve gizleyen toz ve gaz bulutlarına nüfuz edecek ve bu daha küçük süper kütleli kara delikler daha büyük kara deliklere dönüşecek. Böylece Mathy ve ekibi, “küçük kırmızı noktaların”, “süslü kuasar” öncesi aşamada bulunan dev mavi süper kütleli kara deliklerin küçük kırmızı versiyonları olduğunu öne sürdü. Gökbilimcilerin daha sonraki gözlemleri, bu genç süper kütleli kara deliklerin daha ayrıntılı incelenmesine olanak tanıyacak ve bu da “sorunlu kuasarların” oluşumunun daha iyi anlaşılmasına yol açabilecek.