Webb, bugüne kadarki en uzak aktif süper kütleli kara deliği tespit etti

Bu bir bonanza: Evren kesinlikle kara deliklerle dolu. Araştırmacılar bunu uzun zamandır biliyorlardı, ancak erken evrende var olan daha az kütleli kara delikler tespit edilemeyecek kadar sönüktü – ta ki James Webb Uzay Teleskobu gözlem yapmaya başlayana kadar. Kozmik Evrim Erken Yayın Bilimi (CEERS) Araştırması’nın arkasındaki araştırmacılar, Webb’in son derece ayrıntılı görüntülerinden ve verilerinden bu parlak, son derece uzak nesneleri ayıklamaya başlayan ilk kişiler arasındadır.

Birincisi: Şimdiye kadar bulunan en uzak aktif süper kütleli kara delik – büyük patlamadan 570 milyon yıl sonra. Daha küçük tarafta, diğer teleskoplarla daha önce bir an için gördüğümüz aşırı büyük “canavarlardan” çok Samanyolu galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara deliğin kütlesine benziyor.

CEERS araştırmacıları, erken evrende neredeyse bir düzine aşırı uzak galaksiyle birlikte iki küçük kara delik daha tespit ettiler. Bu ilk bulgular, daha az kütleli karadeliklerin ve galaksilerin erken evrende daha önce kanıtlanmış olandan daha yaygın olabileceğini düşündürmektedir.

Araştırmacılar, James Webb Uzay Teleskobu ile bugüne kadarki en uzak aktif süper kütleli kara deliği keşfettiler. CEERS 1019 galaksisi, büyük patlamadan 570 milyon yıldan biraz daha uzun bir süre sonra var oldu ve onun kara deliği, henüz erken evrende tanımlanan diğerlerinden daha az kütleli. Sadece bu da değil, aynı zamanda daha küçük olan ve büyük patlamadan 1 ve 1,1 milyar yıl sonra var olan iki kara deliği daha kolayca “sallayarak çıkardılar”.

Webb ayrıca, evren 470 ila 675 milyon yaşındayken var olan on bir gökada tespit etti. Kanıt, Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Steven Finkelstein liderliğindeki Webb’in Kozmik Evrim Erken Yayın Bilimi (CEERS) Araştırması tarafından sağlandı. Program, tümü bu keşifleri yapmak için kullanılan Webb’in son derece ayrıntılı yakın ve orta kızılötesi görüntülerini ve spektrum olarak bilinen verilerini birleştirir.

CEERS 1019, yalnızca ne kadar uzun zaman önce var olduğuyla değil, aynı zamanda kara deliğin görece ne kadar hafif olduğuyla da dikkat çekiyor. Bu kara delik, erken evrende de var olan ve diğer teleskoplar tarafından tespit edilen diğer kara deliklerden çok daha az olan, yaklaşık 9 milyon güneş kütlesinde çalışıyor. Bu devler tipik olarak güneşin kütlesinin 1 milyar katından fazlasını içerir ve çok daha parlak oldukları için tespit edilmeleri daha kolaydır. (Kara deliğe doğru dönerken yanan maddeyi aktif olarak “yiyorlar”.)

CEERS 1019’daki kara delik, Samanyolu galaksimizin merkezinde yer alan ve kütlesi güneşin 4,6 milyon katı olan kara deliğe daha çok benziyor. Bu kara delik, daha önce tespit edilen daha büyük devler kadar parlak değil. Daha küçük olmasına rağmen, bu kara delik o kadar erken var olmuştu ki, evren başladıktan bu kadar kısa bir süre sonra nasıl oluştuğunu açıklamak hala zor.

Araştırmacılar, daha küçük kara deliklerin evrende daha önce var olması gerektiğini uzun zamandır biliyorlardı, ancak kesin tespitler yapabildiklerini Webb gözlemlemeye başlayana kadar değildi. (CEERS 1019 bu rekoru yalnızca birkaç hafta elinde tutabilir; Webb tarafından tanımlanan daha uzak diğer kara delikler hakkındaki iddialar şu anda astronomi camiası tarafından dikkatle inceleniyor.)

Webb’in verileri, bu doğrulamaların verilerden çıkarılmasını çok kolaylaştıran kesin bilgilerle neredeyse dolup taşıyor. Bu keşfe öncülük eden Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Rebecca Larson, “Bu uzak nesneye bu teleskopla bakmak, bizim yakınımızdaki galaksilerde bulunan kara deliklerden alınan verilere bakmaya çok benziyor” dedi. “Analiz edilecek çok fazla spektral çizgi var!”

Ekip, spektrumdaki hangi emisyonların kara delikten ve hangilerinin ev sahibi galaksisinden geldiğini çözmekle kalmayıp, aynı zamanda kara deliğin ne kadar gaz yuttuğunu ve galaksisinin yıldız oluşum oranını da belirleyebiliyor.

Ekip, bu galaksinin alabildiğince fazla gaz emdiğini ve aynı zamanda yeni yıldızları çalkaladığını buldu. Bunun neden olabileceğini keşfetmek için resimlere döndüler. Görsel olarak, CEERS 1019, tek bir dairesel disk değil, üç parlak küme olarak görünür. New York’taki Rochester Institute of Technology’den CEERS ekibi üyesi Jeyhan Kartaltepe, “Bu mesafelerdeki görüntülerde çok fazla yapı görmeye alışık değiliz” dedi.

“Bir galaksi birleşmesi, bu galaksinin kara deliğindeki aktiviteyi körüklemekten kısmen sorumlu olabilir ve bu da yıldız oluşumunun artmasına yol açabilir.”

Çok daha uzak kara delikler, galaksiler sahneye çıktı

CEERS Anketi kapsamlıdır ve keşfedilecek daha çok şey vardır. Waterville, Maine’deki Colby College’dan ekip üyesi Dale Kocevski ve ekip, verilerde hızla başka bir çift küçük kara delik tespit etti. Birincisi, galaksi CEERS 2782 içinde, seçilmesi en kolay olanıydı. Webb’in görüşünü engelleyen herhangi bir toz yok, bu nedenle araştırmacılar, kara deliğin evren tarihinde ne zaman var olduğunu hemen belirleyebildiler – büyük patlamadan sadece 1,1 milyar yıl sonra.

CEERS 746 galaksisindeki ikinci kara delik, büyük patlamadan biraz önce, 1 milyar yıl sonra var oldu. Süper kütleli kara deliği çevreleyen gaz ve tozdan oluşan bir halka olan parlak toplanma diski, hâlâ kısmen tozla kaplı. Kocevski, “Merkezdeki kara delik görülebiliyor, ancak tozun varlığı, aynı zamanda öfkeyle yıldızları dışarı pompalayan bir galaksinin içinde olabileceğini gösteriyor” dedi.

CEERS 1019’daki gibi, bu iki kara delik de “hafif ağırlıklardır” – en azından bu mesafelerde daha önce bilinen süper kütleli kara deliklerle karşılaştırıldığında. Güneşin kütlesinin sadece 10 milyon katı kadardırlar. Kocevski, “Araştırmacılar, erken evrende daha düşük kütleli kara delikler olması gerektiğini uzun zamandır biliyorlar. Webb, onları bu kadar net bir şekilde yakalayabilen ilk gözlemevi.” “Şimdi, daha düşük kütleli kara deliklerin keşfedilmeyi bekleyen her yerde olabileceğini düşünüyoruz.”

Webb’den önce, üç kara delik de tespit edilemeyecek kadar sönüktü. Finkelstein, “Diğer teleskoplarla, bu hedefler aktif süper kütleli kara delikler değil, sıradan yıldız oluşturan galaksiler gibi görünüyor” diye ekledi.

Webb’in hassas tayfları, bu araştırmacıların erken evrendeki galaksilere olan uzaklıkları ve dolayısıyla galaksilerin yaşlarını kesin olarak ölçmelerine de izin verdi. Ekip üyeleri NSF’nin NOIRLab’inden Pablo Arrabal Haro ve Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Seiji Fujimoto, büyük patlamadan 470 ila 675 milyon yıl sonra var olan 11 gökada belirlediler. Sadece son derece uzak olmakla kalmayıp, bu kadar çok parlak galaksinin tespit edilmiş olması dikkate değerdir.

Araştırmacılar, Webb’in bu mesafelerde bulunandan daha az galaksi tespit edeceğini teorileştirdi. Arrabal Haro, “Webb’in geri getirdiği uzak gökadaların son derece ayrıntılı spektrumlarının miktarı karşısında şaşkına döndüm” dedi. “Bu veriler kesinlikle inanılmaz.”

Bu galaksiler hızla yıldız oluşturuyorlar, ancak henüz evlerine çok yakın olan galaksiler kadar kimyasal olarak zengin değiller. Fujimoto, “Bu galaksilerden bazılarını tespit eden ilk kişi Webb’di,” diye açıkladı. “Bu küme, gelecekte tanımlayabileceğimiz diğer uzak gökadalarla birlikte, kozmik tarih boyunca yıldız oluşumu ve gökada evrimi anlayışımızı değiştirebilir” diye ekledi.

Bunlar, CEERS anketinden yalnızca ilk çığır açan bulgular. Finkelstein, “Şimdiye kadar, erken evrendeki nesneler hakkındaki araştırmalar büyük ölçüde teorikti.” Dedi. “Webb ile kara delikleri ve galaksileri çok uzak mesafelerden görmekle kalmıyor, artık onları doğru bir şekilde ölçmeye başlıyoruz. Bu, bu teleskobun muazzam gücü.”

Gelecekte, Webb’in verilerinin erken kara deliklerin nasıl oluştuğunu açıklamak için kullanılması, araştırmacıların evren tarihinin ilk birkaç yüz milyon yılında kara deliklerin nasıl büyüdüğü ve geliştiğine dair modellerini gözden geçirmesi mümkündür.

CEERS Anketi verileriyle ilgili birkaç makale ABD tarafından kabul edilmiştir. Astrofizik Dergi Mektupları. Şu anda şu adreste mevcutlar: arXiv ön baskı sunucusu.