Evrenin erken dönemlerindeki kara delik, teorik sınırının 40 katından fazla madde tüketiyor gibi görünüyor

Çoğu galaksinin merkezinde süper kütleli kara delikler bulunur ve modern teleskoplar, onları evrenin evriminin şaşırtıcı derecede erken dönemlerinde gözlemlemeye devam eder.

Bu kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüyebildiğini anlamak zor. Ancak Büyük Patlama’dan sadece 1,5 milyar yıl sonra görülen, aşırı oranda madde tüketen düşük kütleli süper kütleli bir kara deliğin keşfiyle, gökbilimciler artık evrenin erken dönemlerinde hızla büyüyen kara deliklerin mekanizmalarına dair değerli yeni anlayışlara sahipler.

LID-568, Uluslararası Gemini Gözlemevi/NSF NOIRLab gökbilimcisi Hyewon Suh liderliğindeki kurumlar arası gökbilimcilerden oluşan bir ekip tarafından keşfedildi. Chandra X-ışını Gözlemevi’nin COSMOS miras araştırmasından elde edilen bir gökada örneğini gözlemlemek için James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullandılar.

Bu gökada popülasyonu, spektrumun X-ışını bölümünde çok parlaktır, ancak optik ve yakın kızılötesinde görünmez. JWST’nin benzersiz kızılötesi hassasiyeti, bu zayıf emsal emisyonları tespit etmesine olanak tanır.

LID-568, yoğun X-ışını emisyonu nedeniyle numune içinde göze çarpıyordu, ancak kesin konumu yalnızca X-ışını gözlemlerinden belirlenemedi, bu da JWST’nin görüş alanında hedefin düzgün şekilde merkezlenmesi konusunda endişeleri artırdı.

Bu nedenle, JWST’nin enstrümantasyon desteği bilim adamları, geleneksel yarık spektroskopisini kullanmak yerine, Suh’un ekibinin JWST’nin NIRSpec’indeki integral alan spektrografını kullanmasını önerdi. Bu cihaz, dar bir dilimle sınırlı kalmak yerine, cihazın görüş alanındaki her piksel için bir spektrum elde edebilir.

Uluslararası Gemini Gözlemevi/NSF NOIRLab gökbilimcisi ve ortak yazarı Emanuele Farina, “Sönük doğası nedeniyle, JWST olmadan LID-568’in tespiti imkansız olurdu. İntegral alan spektrografını kullanmak, gözlemimizi elde etmek için yenilikçi ve gerekliydi” diyor. the kağıt“JWST ile gözlemlenen Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,5 Gyr sonra süper Eddington birikimli bir kara delik”, şurada görünüyor Doğa Astronomi.

JWST’nin NIRSpec’i, ekibin hedefinin ve çevresindeki bölgenin tam bir görünümünü elde etmesine olanak tanıdı ve bu da merkezi kara deliğin çevresinde beklenmedik güçlü gaz çıkışlarının keşfedilmesine yol açtı. Bu çıkışların hızı ve boyutu, ekibin, LID-568’in kütlesel büyümesinin önemli bir kısmının tek bir hızlı birikim bölümünde meydana gelmiş olabileceği sonucunu çıkarmasına yol açtı.

Suh, “Bu tesadüfi sonuç, sistemi anlamamıza yeni bir boyut ekledi ve araştırma için heyecan verici yollar açtı” diyor.

Çarpıcı bir keşifte Suh ve ekibi, LID-568’in Eddington sınırının 40 katı bir oranda maddeyle beslendiğini buldu. Bu sınır, bir kara deliğin elde edebileceği maksimum parlaklığın yanı sıra maddeyi ne kadar hızlı emebildiğiyle ilgilidir; böylece içe doğru yerçekimi kuvveti ve sıkıştırılmış, düşen maddenin ısısından üretilen dışarı doğru basınç dengede kalır.

LID-568’in parlaklığı teorik olarak mümkün olandan çok daha yüksek olarak hesaplandığında ekip, verilerinde dikkate değer bir şeyin bulunduğunu biliyordu.

Uluslararası Gemini Gözlemevi/NSF NOIRLab gökbilimcisi ve ortak yazar Julia Scharwächter, “Bu kara delik ziyafet çekiyor” diyor.

“Bu olağanüstü durum, Eddington sınırının üzerindeki hızlı beslenme mekanizmasının, bu çok ağır kara delikleri neden evrende bu kadar erken gördüğümüzün olası açıklamalarından biri olduğunu gösteriyor.”

Bu sonuçlar, mevcut teorilerin ya evrenin ilk yıldızlarının (hafif tohumlar) ölümünden ya da gaz bulutlarının (ağır tohumlar) doğrudan çökmesinden kaynaklandığını ileri süren daha küçük kara delik “tohumlarından” süper kütleli kara deliklerin oluşumuna dair yeni bilgiler sağlıyor. Şimdiye kadar bu teorilerin gözlemsel doğrulaması yoktu.

Suh, “Süper Eddington birikimli bir kara deliğin keşfi, kara deliğin hafif veya ağır bir tohumdan kaynaklanıp kaynaklanmadığına bakılmaksızın, kütle büyümesinin önemli bir kısmının tek bir hızlı beslenme bölümü sırasında meydana gelebileceğini gösteriyor” diyor.

LID-568’in keşfi aynı zamanda bir kara deliğin Eddington sınırını aşmasının mümkün olduğunu gösteriyor ve gökbilimcilere bunun nasıl gerçekleştiğini incelemek için ilk fırsatı sunuyor.

LID-568’de gözlemlenen güçlü çıkışların, aşırı birikimin ürettiği aşırı enerji için bir tahliye vanası görevi görerek sistemin fazla kararsız hale gelmesini önlemesi mümkündür. Ekip, mevcut mekanizmaları daha fazla araştırmak için JWST ile takip gözlemleri planlıyor.