MIT’nin yeni bulguları, erken dönem süper kütleli kara deliklerin büyük kozmik tohumlardan hızla büyüdüğünü ve galaksi oluşumuna ilişkin önceki anlayışlara meydan okuduğunu gösteriyor. Kredi bilgileri: SciTechDaily.com
En eski kuasarlardan gelen antik yıldız ışığı, MİT gökbilimciler, en eski “canavar” kara deliklerin bazılarının büyük olasılıkla devasa kozmik tohumlardan büyüdüğünü ortaya çıkardı.
MIT gökbilimcileri evrendeki en eski kuasarlardan bazılarını çevreleyen soluk yıldız ışığını gözlemlediler. 13 milyar yıldan daha uzun süre önce, evrenin başlangıç döneminde ortaya çıkan bu uzak sinyaller, ilk kara deliklerin ve galaksilerin evrimine dair bilgiler sağlıyor.
Kuasarlar, doyumsuz bir süper kütleye ev sahipliği yapan aktif galaksilerin parıldayan parlak merkezleridir. Kara delik onların özünde. Çoğu galaksinin merkezinde, ara sıra gaz ve yıldız kalıntılarıyla beslenen, materyal kara deliğe doğru girdap gibi girdap gibi dönerken parlayan bir halka şeklinde kısa bir ışık patlaması üreten bir kara delik bulunur.
Buna karşılık kuasarlar farklı bir ölçekte çalışır. Çok daha uzun süreler boyunca çok büyük miktarda madde tüketerek son derece parlak ve uzun ömürlü bir halka oluşturabilirler; aslında o kadar parlaktır ki, kuasarlar evrendeki en parlak nesneler arasındadır.
Gözlemsel Astronomideki Gelişmeler
Kuasarlar çok parlak olduklarından, bulundukları galaksinin geri kalanını gölgede bırakıyorlar. Ancak MIT ekibi ilk kez üç antik kuasarın ev sahibi galaksilerindeki yıldızlardan gelen çok daha sönük ışığı gözlemlemeyi başardı.
Bu bulunması zor yıldız ışığına dayanarak, araştırmacılar her bir ev sahibi galaksinin kütlesini, merkezi süper kütleli kara deliğin kütlesiyle karşılaştırarak tahmin ettiler. Bu kuasarlar için merkezi kara deliklerin, modern emsallerine kıyasla, ev sahibi galaksilere göre çok daha büyük olduğunu buldular.
James Webb Teleskobu görüntüsü, kırmızı daire içine alınmış J0148 kuasarını gösteriyor. İki resim üstte merkezi kara deliği, altta ise ev sahibi galaksiden gelen yıldız emisyonunu gösteriyor. Kredi: Araştırmacıların izniyle; NASA
Erken Kara Deliklerin Evrimi
Son zamanlarda yayınlanan bulgular Astrofizik Dergisi, büyümek için nispeten kısa bir kozmik süreye sahip olmalarına rağmen, en eski süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar büyük hale geldiğine ışık tutabilir. Özellikle, bu en eski canavar kara delikleri, modern kara deliklerden daha büyük “tohumlardan” filizlenmiş olabilir.
MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırma Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan çalışma yazarı Minghao Yue, “Evren var olduktan sonra, malzeme tüketen ve çok kısa sürede büyüyen tohum kara delikleri vardı” diyor. “En büyük sorulardan biri, bu canavar kara deliklerin nasıl bu kadar büyük, bu kadar hızlı büyüyebildiğini anlamak.”
MIT’de fizik profesörü yardımcısı olan çalışma yazarı Anna-Christina Eilers, “Evrenin henüz emekleme aşamasında olduğu bir zamanda, bu kara delikler güneşten milyarlarca kat daha büyük” diyor. “Sonuçlarımız, erken evrende süper kütleli kara deliklerin, ev sahibi galaksilerden önce kütle kazanmış olabileceğini ve başlangıçtaki kara delik tohumlarının bugüne göre daha büyük kütleye sahip olabileceğini gösteriyor.”
Eilers ve Yue’nin ortak yazarları arasında MIT Kavli Direktörü Robert Simcoe, MIT Hubble Üyesi ve doktora sonrası araştırmacı Rohan Naidu ile İsviçre, Avusturya, Japonya ve Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi.
Göz Kamaştıran Çekirdekler
Bir kuasarın aşırı parlaklığı, gökbilimcilerin nesneleri ilk kez 1960’larda keşfetmesinden bu yana açıkça görülüyordu. O zaman kuasarın ışığının tek, yıldız benzeri bir “nokta kaynağından” kaynaklandığını varsaydılar. Bilim insanları bu nesneleri “yıldız benzeri” bir nesnenin portmantosu olarak “kuasar” olarak tanımladılar. Bu ilk gözlemlerden bu yana bilim insanları, kuasarların aslında yıldız kökenli olmadığını, aynı zamanda göz kamaştırıcı yıldızlara kıyasla çok daha sönük yıldızlara da ev sahipliği yapan galaksilerin merkezinde yer alan son derece güçlü ve kalıcı süper kütleli kara deliklerin birikmesinden kaynaklandığını fark ettiler. çekirdekler.
Bir kuasarın merkezindeki kara delikten gelen ışığı, ev sahibi galaksinin yıldızlarının ışığından ayırmak son derece zorlayıcıydı. Görev, merkezi, devasa bir projektörün etrafındaki ateşböceklerinden oluşan bir alanı ayırt etmeye benziyor. Ancak son yıllarda, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) fırlatılmasıyla gökbilimcilerin bunu yapma şansı çok daha yüksek oldu; bu teleskop, zamanda daha geriye doğru, mevcut teleskoplardan çok daha yüksek hassasiyet ve çözünürlükle bakabiliyor. gözlemevi.
Yeni çalışmalarında Yue ve Eilers, 2022 sonbaharından bir sonraki bahara kadar aralıklı olarak bilinen altı antik kuasarını gözlemlemek için JWST’de özel zaman kullandılar. Ekip toplamda altı uzak nesnenin 120 saatten fazla gözlemini topladı.
“Kuasar, ev sahibi galaksiyi büyüklük sıralarıyla gölgede bırakıyor. Ve önceki görüntüler, ev sahibi galaksinin tüm yıldızlarıyla birlikte neye benzediğini ayırt edecek kadar keskin değildi” diyor Yue. “Şimdi ilk defa, JWST’nin bu kuasarların çok daha keskin görüntülerini çok dikkatli bir şekilde modelleyerek bu yıldızlardan gelen ışığı ortaya çıkarabiliyoruz.”
Antik Yıldız Işığını Analiz Etmek
Ekip, JWST tarafından yaklaşık 13 milyar yaşında olduğu tahmin edilen altı uzak kuasarın her birine ait görüntüleme verilerinin stokunu aldı. Bu veriler, her kuasarın farklı dalga boylarındaki ışığının ölçümlerini içeriyordu. Araştırmacılar bu verileri, ışığın ne kadarının merkezi bir kara deliğin toplanma diski gibi kompakt bir “nokta kaynaktan”, ev sahibi galaksiyi çevreleyen dağınık yıldızlardan gelen ışık gibi daha dağınık bir kaynaktan gelme ihtimalinin ne kadar olduğunu gösteren bir modele aktardılar. .
Bu modelleme sayesinde ekip, her kuasarın ışığını iki bileşene ayırdı: Merkezi kara deliğin parlak diskinden gelen ışık ve ev sahibi galaksinin daha dağınık yıldızlarından gelen ışık. Her iki kaynaktan gelen ışık miktarı toplam kütlelerinin bir yansımasıdır. Araştırmacılar bu kuasarlar için merkezi kara deliğin kütlesi ile ev sahibi galaksinin kütlesi arasındaki oranın yaklaşık 1:10 olduğunu tahmin ediyor. Bunun, daha yakın zamanda oluşmuş kara deliklerin, ev sahibi galaksilere kıyasla çok daha az kütleye sahip olduğu günümüzün 1:1.000 kütle dengesiyle tam bir tezat oluşturduğunu fark ettiler.
“Bu bize neyin ilk önce büyüdüğü hakkında bir şeyler söylüyor: İlk önce kara delik mi büyüyor, sonra galaksi mi yetişiyor? Yoksa ilk önce galaksi ve onun yıldızları mı büyüyor ve kara deliğin büyümesine hükmedip onu düzenliyorlar mı?” Eilers açıklıyor. “Evrenin erken dönemlerindeki kara deliklerin, ev sahibi galaksilerden daha hızlı büyüdüğünü görüyoruz. Bu, başlangıçtaki kara delik tohumlarının o zamanlar daha büyük kütleli olabileceğine dair geçici bir kanıt.”
Yue, “İlk milyar yılda bir kara deliğin kütlesini ev sahibi galaksiden daha erken kazanmasını sağlayan bir mekanizma olmalı” diye ekliyor. “Bu, bunun için gördüğümüz ilk kanıt, bu da heyecan verici.”
Referans: “EIGER. V. Minghao Yue, Anna-Christina Eilers, Robert A. Simcoe, Ruari Mackenzie, Jorryt Matthee, Daichi Kashino, Rongmon Bordoloi, Simon J. Lilly ve Rohan P. Naidu tarafından z ≳ 6”daki Işıltılı Kuasarların Ev Sahibi Galaksilerinin Karakterizasyonu, 6 Mayıs 2024, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad3914