Kırmızıya kayma olarak yıldız oluşum oranlarındaki ve kara delik büyümesindeki geçiş, pozitif geri beslemenin hakim olduğu rejimlerden, geri beslemenin büyük ölçüde negatif olduğu daha sonraki bir döneme doğru azalır. Kredi
Steven Burrows, Rosemary Wyse ve Mitch Begelman
James Webb Uzay TeleskobuBüyük kara deliklere sahip erken galaksilerin keşfi, geleneksel galaksi oluşumu teorilerine meydan okuyor, kara deliklerin ve yıldızların eşzamanlı gelişimini öneriyor ve kozmik evrim anlayışımızı yeniden şekillendirebilecek bir bulgu.
Gökbilimciler uzun süredir evrenin erken dönemlerini anlamaya çalışıyorlardı ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) sayesinde bulmacanın kritik bir parçası ortaya çıktı. Teleskobun kızılötesi algılayıcı “gözleri”, evrende oluşan en eski gökadalardan bazıları olarak tanımlanan bir dizi küçük, kırmızı nokta tespit etti.
Bu şaşırtıcı keşif sadece görsel bir mucize değil, aynı zamanda galaksilerin ve onların esrarengiz kara deliklerinin kozmik yolculuklarına nasıl başladıklarının sırlarını açığa çıkarabilecek bir ipucu.
JILA Üyesi ve Colorado Boulder Üniversitesi astrofizik profesörü Mitch Begelman şöyle açıklıyor: “James Webb’in şaşırtıcı keşfi, evrenin yalnızca bu çok kompakt ve kızılötesi parlak nesnelere sahip olması değil, aynı zamanda muhtemelen devasa kara deliklerin zaten var olduğu bölgeler olmasıdır.” “Bunun imkansız olduğu düşünülüyordu.”
Begelman ve aralarında Johns Hopkins Üniversitesi astronomi profesörü Joe Silk’in de bulunduğu diğer gökbilimcilerden oluşan bir ekip, bulgularını şu adreste yayınladı: Astrofizik Günlük MektuplarıBu devasa kara deliklerin varlığını açıklamak için yeni galaktik yaratılış teorilerine ihtiyaç olduğunu öne sürüyor.
Potansiyel olarak çığır açıcı çalışmanın baş yazarı Silk, “Galaksi oluşumu teorisini yeni verilerle uzlaştırmak için yeni bir şeye ihtiyaç var” diye açıklıyor.
Galaksi Oluşumunun Geleneksel Hikayesi
Gökbilimciler daha önce galaksilerin nasıl oluştuğunu düşünürken düzenli bir evrim olduğunu varsaymışlardı. Geleneksel teoriler, galaksilerin milyarlarca yıl içinde bir araya gelerek yavaş yavaş oluştuğunu ileri sürüyordu. Bu yavaş kozmik evrimde, ilk önce yıldızların ortaya çıktığı ve ilkel karanlığı aydınlattığı düşünülüyordu.
Begelman şunu ekliyor: “Buradaki fikir, yıldızların bu ilk neslinden, esas olarak yıldızların hakim olduğu galaksilere gitmenizdi.” diye ekliyor. “Sonra bu sürecin sonuna doğru bu kara delikleri oluşturmaya başlıyorsunuz.”
Bu esrarengiz ve güçlü varlıklar olan süper kütleli kara deliklerin, galaktik çekirdekte sessizce büyüyen ilk yıldızlardan sonra ortaya çıktığına inanılıyordu. Onlar, yeni yıldızların oluşumunu yumuşatmak ve böylece galaktik dengeyi korumak için ara sıra harekete geçen düzenleyiciler olarak görülüyorlardı.
Geleneksel Bilgeliğe meydan okumak
JWST’nin “küçük kırmızı noktalar” üzerine yaptığı gözlemler sayesinde araştırmacılar, evrendeki ilk galaksilerin beklenenden daha parlak olduğunu buldular; zira birçoğu, kuasar olarak bilinen merkezi kara deliklerle bir arada var olan yıldızları gösterdi.
Silk, “Kuasarlar evrendeki en parlak nesnelerdir” diye açıklıyor. “Bunlar, galaksi çekirdeklerindeki muazzam parlaklıklar üreten ve ev sahibi galaksileri gölgede bırakan devasa kara deliklerin üzerine gaz birikmesinin ürünleridir. Guguk kuşunun yuvasındaki canavarlar gibiler.”
Yıldızların kara deliklerle bir arada bulunduğunu gören araştırmacılar, galaksi oluşumuna ilişkin geleneksel teorilerin kusurlu olması gerektiğini hemen fark ettiler. “[This new data] benziyor [the process is] Begelman, bunun tersine döndüğünü, bu kara deliklerin ilk yıldızlarla birlikte oluştuğunu ve ardından galaksinin geri kalanının onu takip ettiğini söyledi. “Biz şunu söylüyoruz: Büyümenin Kara delikilk başta yıldızları tanıtıyor. Ve ancak daha sonra, koşullar değiştiğinde yıldızları kapatma moduna geçiyor.”
Önerilen bu yeni süreçten araştırmacılar, yıldız oluşumu ile kara delik oluşumu arasındaki ilişkinin beklenenden daha yakın göründüğünü, çünkü her birinin başlangıçta diğerinin büyümesini olumlu geri bildirim olarak bilinen bir süreç aracılığıyla güçlendirdiğini buldu.
Silk, “Yıldız oluşumu, devasa kara delik oluşumunu hızlandırır ve bunun tersi de, galaksi oluşumunun yeni işareti olan şiddet, doğum ve ölümün ayrılmaz bir şekilde birbirine bağlı etkileşimi içindedir” diyor.
Ardından, neredeyse bir milyar yıl sonra, besleyici devler baskıcı hale geldiler, galaksilerindeki gaz rezervlerini tükettiler ve yıldız oluşumunu söndürdüler. Bu “olumsuz geri besleme”, enerji tasarrufu sağlayan dışarı akışlardan kaynaklanıyordu; gazları galaksilerden dışarı çıkaran güçlü rüzgarlar, galaksileri yeni yıldızlar yaratmak için gereken malzemeden yoksun bırakıyordu.
Yeni Galaktik Zaman Çizelgesi
Kara deliklerin besleyici davranışının ortaya çıkarılmasıyla donanmış olan araştırmacılar, erken galaksi oluşumunda pozitif geri bildirimden negatif geri bildirime geçiş için yeni bir zaman çizelgesi önerdiler. Araştırmacılar, farklı ışık spektrumlarına ve bu “küçük kırmızı noktalardan” yayılan kimyasal izlere bakarak, bu değişimin yaklaşık 13 milyar yıl önce, Büyük Patlama’dan bir milyar yıl sonra, gökbilimcilerin “z ≈6” olarak sınıflandırdığı bir dönem olduğunu öne sürdüler. ”
Bu geçiş dönemini belirlemek, gökbilimcilerin gözlem için evrenin tarihindeki belirli dönemleri hedeflemesine yardımcı olur. Erken evreni daha etkili bir şekilde incelemek için JWST ve diğerleri gibi teleskopları kullanarak gelecekteki gözlem stratejilerine rehberlik edebilir. Ek olarak, bu değişimin ne zaman meydana geldiğini anlayan gökbilimciler, modern galaksilerin boyut, şekil, yıldız bileşimi ve aktivite düzeyi gibi özelliklerini daha iyi bağlamsallaştırabilirler.
Yeni Bir Sürecin Doğrulanması
Yıldızlar ve kara delikler arasındaki işbirlikçi galaktik oluşuma ilişkin bu yeni teoriyi doğrulamak ve ilgili süreçlere ilişkin daha fazla bilgi sağlamak için bilgisayar simülasyonlarına ihtiyaç vardır.
Begelman, “Bu biraz zaman alacak” diyor. “Mevcut bilgisayar simülasyonları oldukça ilkel ve her şeyi anlamak için yüksek çözünürlüğe ihtiyacınız var. Çok fazla bilgi işlem gücü gerektirir ve pahalıdır.”
O zamana kadar astronomi camiasının bu yeni teoriyi gözden geçirmek ve doğrulamak için atabileceği başka adımlar da var.
Silk, “Sonraki adımlar gözlemlerin iyileştirilmesiyle gelecek” diye ekliyor. “JWST’nin en uzak galaksilerin spektrumlarını inceleme konusundaki tüm gücü önümüzdeki yıllarda ortaya çıkacak.”
Hem Begelman hem de Silk, kendi alanlarının geri kalanının önerdikleri fikirleri benimsemesi konusunda iyimser.
Begelman şunu ekliyor: “Bildiğim kadarıyla bu kadar uç noktaya giden ilk kişiler biziz.” “Yıllar boyunca bu kara delik oluşumu sorunu üzerinde çalışan çalışma arkadaşlarımla birlikte sınırları zorluyordum. Ancak JWST bize kalıpların dışında yeterince düşünmediğimizi gösteriyor.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için Kara Delikler ve Galaksiler Arasındaki İlkel Yarış’a bakın.
Referans: “Hangisi Önce Geldi: Süper Kütleli Kara Delikler mi, Galaksiler mi? Insights from JWST”, Joseph Silk, Mitchell C. Begelman, Colin Norman, Adi Nusser ve Rosemary FG Wyse, 30 Ocak 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1bf0