Araştırmacılar, erken evrende kuasarların ev sahibi galaksilerini tespit ediyor

James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) alınan yeni görüntüler, Big Bang’den bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra görülen, aktif olarak büyüyen kara deliklere (kuasarlar) ev sahipliği yapan iki büyük gökadadan gelen yıldız ışığını ilk kez ortaya çıkardı. yılında yeni bir çalışma Doğa kara deliklerin kütlelerinin güneşin kütlesinin bir milyar katına yakın olduğunu ve ev sahibi galaksinin kütlelerinin neredeyse yüz kat daha büyük olduğunu, bu oranın daha yeni evrende bulunana benzer olduğunu bulur. Subaru Teleskopu ve JWST’nin güçlü bir kombinasyonu, uzak evreni incelemek için yeni bir yol açtı.

Uzak evrende bu kadar büyük kütleli karadeliklerin varlığı, astrofizikçiler için cevaplardan çok sorular yarattı. Evren bu kadar gençken bu kara delikler nasıl bu kadar büyüyebildi? Daha da şaşırtıcı olanı, yerel evrendeki gözlemler, süper kütleli karadeliklerin kütlesi ile içinde bulundukları çok daha büyük galaksiler arasında açık bir ilişki gösteriyor. Galaksiler ve kara delikler tamamen farklı boyutlara sahiptir, öyleyse hangisi önce geldi: kara delikler mi yoksa galaksiler mi? Bu, kozmik ölçekte bir “tavuk mu yumurta mı” sorunudur.

Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU) Proje Araştırmacısı Xuheng Ding ve Profesör John Silverman ile Pekin Üniversitesi Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (PKU-KIAA) Kavli Astrofizik Araştırmacısı Masafusa Onoue tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi Aralık 2021’de lanse edilen JWST ile bu soruyu yanıtlamaya başladılar. Erken evrendeki ev sahibi gökadalar ile kara delikler arasındaki ilişkiyi incelemek, bilim adamlarının bunların oluşumunu izlemelerine ve birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını görmelerine olanak tanıyor.

Kuasarlar parlakken, ev sahibi gökadalar soluktur, bu da araştırmacıların gökadanın loş ışığını, özellikle uzak mesafelerde, kuasarın parıltısında algılamasını zorlaştırmıştır. JWST’den önce, Hubble Uzay Teleskobu, evren 3 milyar yaşın biraz altındayken, ancak daha genç değilken, parlak kuasarların ev sahibi galaksilerini tespit edebiliyordu.

JWST’nin kızılötesi dalga boylarındaki üstün hassasiyeti ve ultra keskin görüntüleri, sonunda araştırmacıların bu çalışmaları kuasarların ve galaksilerin ilk oluştuğu zamana kadar götürmesine olanak sağladı. JWST’nin düzenli operasyonlara başlamasından sadece birkaç ay sonra ekip, evren yaklaşık 860 milyon yaşındayken 6.40 ve 6.34 kırmızıya kaymalarında iki kuasar, HSC J2236+0032 ve HSC J2255+0251’i gözlemledi.

Bu iki kuasar, Hawai’i’deki Maunakea’nın zirvesindeki 8.2m-Subaru Teleskopu’nun derin bir araştırma programında keşfedildi. Bu kuasarların nispeten düşük parlaklıkları, onları ev sahibi galaksi özelliklerinin ölçümü için birincil hedefler haline getirdi ve ev sahiplerinin başarılı bir şekilde tespit edilmesi, bir kuasarda yıldız ışığının tespit edildiği bugüne kadarki en erken dönemi temsil ediyor.

İki kuasarın görüntüleri, JWST’nin NIRCam cihazıyla 3,56 ve 1,50 mikron kızılötesi dalga boylarında çekildi ve ev sahibi gökadalar, dikkatli bir şekilde modellenip biriken karadeliklerden parlama çıkarıldıktan sonra ortaya çıktı. Ev sahibi galaksinin yıldız imzası, JWST’nin NIRSPEC tarafından J2236+0032 için alınan bir spektrumda da görüldü ve bu, ev sahibi galaksinin tespitini daha da destekledi.

Ev sahibi galaksi fotometrisinin analizleri, bu iki kuasar ev sahibi galaksinin kütlelerinin sırasıyla güneşin kütlesinin 130 ve 34 milyar katı olduğunu buldu. NIRSPEC spektrumlarından kuasarların çevresindeki türbülanslı gazın hızının ölçülmesi, onlara güç sağlayan karadeliklerin de büyük olduğunu, güneşin kütlesinin 1,4 ve 0,2 milyar katı olduğunu gösteriyor. Kara delik kütlesinin ev sahibi galaksi kütlesine oranı, yakın geçmişteki galaksilerinkine benzer, bu da kara delikler ve ev sahipleri arasındaki ilişkinin Büyük Patlama’dan 860 milyon yıl sonra zaten mevcut olduğunu düşündürür.

Ding, Silverman, Onoue ve meslektaşları, daha sonra karadeliklerin ve ev sahibi galaksilerin birlikte evrimi için modelleri daha da kısıtlayacak olan planlanmış Döngü 1 JWST gözlemlerini kullanarak daha büyük bir örneklemle bu çalışmaya devam edecekler. Ekip kısa bir süre önce, J2236+0032’nin ev sahibi gökadasını çok daha ayrıntılı bir şekilde incelemeleri için JWST’nin bir sonraki döngüsünde kendilerine ek süre verildiğini öğrendi.