Uzak Blazar keşfi erken evrende hızlı kara delik oluşumunu destekliyor

Gökbilimciler, süper kütleli kara deliklerin erken evrende nasıl bu kadar hızlı büyüyebildiğine dair bulmacanın önemli bir parçasını keşfettiler: ışığının bize ulaşması 12,9 milyar yıldan fazla zaman alacak kadar uzak, özel bir tür aktif galaktik çekirdek. Bu sözde blazar istatistiksel bir işaretleyici görevi görüyor: Varlığı, benzer nesnelerin büyük ama gizli bir popülasyonunun varlığına işaret ediyor ve bunların hepsinin güçlü parçacık jetleri yayması gerekiyor.

Keşfin kozmik evrim açısından önem kazandığı nokta burası: Jetli kara deliklerin jetsiz karadeliklere göre çok daha hızlı büyüyebileceği düşünülüyor. Araştırma bir makalede yer alıyor yayınlandı içinde Doğa Astronomi Ve bir diğer içinde Astrofizik Günlük Mektupları.

Aktif galaktik çekirdekler (AGN), galaksilerin son derece parlak merkezleridir. Muazzam enerji çıkışını sağlayan motorlar süper kütleli kara deliklerdir. Bu tür kara deliklerin üzerine düşen madde (birikim), çok büyük miktarda enerjiyi serbest bırakma konusunda fizik biliminin bildiği en etkili mekanizmadır. AGN’nin yüzlerce, binlerce hatta daha fazla galaksideki tüm yıldızlardan daha fazla ışık üretebilmesinin nedeni, bu eşsiz verimliliktir ve kendi güneş sistemimizden daha küçük bir hacimdedir.

Tüm AGN’lerin en az %10’unun jet olarak bilinen odaklanmış yüksek enerjili parçacık ışınlarını yaydığı düşünülmektedir. Bu jetler, kara deliğin hemen çevresinden, malzemenin “birikim diskindeki” manyetik alanlar tarafından desteklenen ve yönlendirilen iki zıt yönde fırlar: kara deliğin etrafında dönen ve kara deliğin içine düşen gazın oluşturduğu disk. Bir AGN’yi bir bomba olarak görmemiz için çok ihtimal dışı bir şeyin gerçekleşmesi gerekiyor: Gözlem üssümüz olan Dünya, AGN jetinin doğrudan bize yönelmesi için tam olarak doğru konumda olmalıdır.

Sonuç, birisinin gerçekten parlak bir el fenerinin ışınını doğrudan gözlerinize tutmasının astronomik benzeridir: gökyüzündeki özellikle parlak bir nesne. Bir blazarın karakteristik özelliği olarak, gün, saat ve hatta bundan daha az zaman ölçeklerinde parlaklıkta hızlı değişiklikler görüyoruz; bu, jetin tabanındaki dönen birikim diskindeki rastgele değişikliklerin ve jetin jet ile jet arasındaki etkileşimindeki dengesizliklerin bir sonucudur. Manyetik alanlar ve yüklü parçacıklar.

Evrenin çok erken dönemlerinde aktif galaktik çekirdeklerin bulunması

Yeni keşif, Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde kozmik tarihin ilk milyar yılı konusunda uzmanlaşan grup lideri Eduardo Bañados ve uluslararası gökbilimcilerden oluşan bir ekip tarafından yürütülen, erken evrendeki aktif galaktik çekirdeklere yönelik sistematik bir araştırmanın sonucuydu. .

Işığın bize ulaşması zaman aldığından uzaktaki cisimleri milyonlarca, hatta milyarlarca yıl önceki halleriyle görürüz. Daha uzaktaki nesneler için, kozmik genişleme nedeniyle kozmolojik kırmızıya kayma adı verilen olay, onların ışıklarını, ışığın yayıldığı dalga boylarından çok daha uzun dalga boylarına kaydırır. Bañados ve ekibi bu gerçeği istismar ederek şimdiye kadar kırmızıya kayan ve olağan görünür ışıkta bile görünmeyen (bu durumda Karanlık Enerji Miras Araştırması’nın) ancak radyo araştırmasında parlak kaynaklar olan nesneleri sistematik olarak araştırdı. (3 GHz VLASS araştırması).

Her iki kriteri de karşılayan 20 aday arasında yalnızca J0410-0139 olarak adlandırılan biri, radyo rejiminde önemli parlaklık dalgalanmaları gösterme ek kriterini karşıladı; bu da bunun bir blazar olma olasılığını artırdı.

Araştırmacılar daha sonra, ESO’nun Yeni Teknoloji Teleskobu (NTT) ile yakın-kızılötesi gözlemleri, ESO’nun Çok Büyük Teleskobu (VLT) ile bir spektrum ve LBT ile ek yakın-kızılötesi spektrumları da dahil olmak üzere alışılmadık derecede büyük bir teleskop bataryası kullanarak daha derine indiler. Keck teleskopları ve Magellan teleskopu, ESA’nın XMM-Newton ve NASA’nın Chandra uzay teleskoplarından X-ışını görüntüleri, ALMA ve NOEMA ile milimetre dalga gözlemleri nesnenin bir AGN, özellikle de bir blazar olduğunu doğrulamak için ABD Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi’nin VLA teleskoplarıyla diziler ve daha ayrıntılı radyo gözlemleri yapıldı.

Gözlemler aynı zamanda AGN’nin mesafesini de (kırmızıya kayma yoluyla) ortaya çıkardı ve hatta AGN’nin gömülü olduğu ev sahibi galaksinin izlerini bile buldu. Bu aktif galaktik çekirdekten gelen ışığın bize ulaşması 12,9 milyar yıl (z=6,9964) sürdü ve 12,9 milyar yıl önceki haliyle evrene dair bilgiler taşıyor.

‘Birinin olduğu yerde yüz tane daha vardır’

Bañados’a göre, “J0410-0139’un şans eseri doğrudan Dünya’ya doğru yönelen bir jet olan bir blazar olduğu gerçeğinin anlık istatistiksel sonuçları vardır. Gerçek hayattan bir benzetme olarak, 100 milyon dolar kazanan biri hakkında bir şeyler okuduğunuzu hayal edin. Böyle bir kazancın ne kadar nadir olduğu göz önüne alındığında, o piyangoya katılan ancak bu kadar fahiş bir miktar kazanmayan çok daha fazla insanın olması gerektiği sonucunu hemen çıkarabilirsiniz.

“Benzer şekilde, jeti doğrudan bize doğrultulmuş bir AGN bulmak, o dönemde kozmik tarihin o döneminde jetleri bize doğrultulamayan çok sayıda AGN’nin olması gerektiğini ima ediyor.”

Uzun lafın kısası, MPIA’da doktora sonrası araştırmacı ve bu yayının ortak yazarı Silvia Belladitta’nın sözleriyle, “Birinin olduğu yerde yüz tane daha vardır.”

En uzaktaki blazar rekorunun önceki sahibinden gelen ışığın bize ulaşması yaklaşık 100 milyon yıl daha kısa sürdü (z=6,1). Fazladan 100 milyon yıl, 12 milyar yıldan fazla geriye baktığımız gerçeğinin ışığında kısa görünebilir, ancak çok önemli bir fark yaratıyor. Bu, evrenin hızla değiştiği bir zamandır. Bu 100 milyon yıl içinde süper kütleli bir kara delik kütlesini büyüklük sırasına göre artırabilir.

Mevcut modellere göre, AGN sayısının bu 100 milyon yıl boyunca beş ila on kat artması gerekirdi. 12,8 milyar yıl önce böyle bir patlamanın var olduğunu bulmak beklenmedik olmazdı. Bu vakada olduğu gibi 12,9 milyar yıl önce de böyle bir blazarın var olduğunu bulmak tamamen farklı bir konu.

12,9 milyar yıl öncesinden bu yana kara deliklerin büyümesine yardımcı oluyoruz

Bu belirli erken zamanda jetli tüm bir AGN popülasyonunun varlığı, kozmik tarih ve genel olarak galaksilerin merkezlerinde süper kütleli kara deliklerin büyümesi açısından önemli çıkarımlara sahiptir. AGN’si jetleri olan kara delikler, jeti olmayan kara deliklere göre potansiyel olarak daha hızlı kütle kazanabilir.

Yaygın inanışın aksine gazın kara deliğe düşmesi zordur. Gazın yapması gereken doğal şey, bir gezegenin güneş etrafında dönmesine benzer şekilde, gaz kara deliğe yaklaştıkça artan bir hızla kara deliğin etrafında dönmektir (“açısal momentum korunumu”). Gazın içeri düşebilmesi için yavaşlaması ve enerji kaybetmesi gerekiyor. Dönen gaz diskiyle etkileşime giren parçacık jetiyle ilişkili manyetik alanlar, böyle bir “frenleme mekanizması” sağlayabilir ve gazın içeri düşmesine yardımcı olabilir.

Bu, yeni keşfin sonuçlarının muhtemelen erken evrendeki kara delik büyümesine ilişkin gelecekteki herhangi bir modelin yapı taşı olacağı anlamına geliyor: 12,9 milyar yıl önce jetleri olan çok sayıda aktif galaktik çekirdeğin varlığına işaret ediyorlar ve dolayısıyla kara deliklerin kayda değer bir hızla büyümesine yardımcı olabilecek ilgili manyetik alanlara sahipti.