Gökbilimciler erken evrende gölgelerde büyüyen son derece kırmızı, süper kütleli bir kara delik tespit etti

Negev Ben-Gurion Üniversitesi’nden Dr. Lukas Furtak ve Prof. Adi Zitrin liderliğindeki bir grup gökbilimci, James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) alınan görüntüleri analiz ederek, erken evrende son derece kırmızı, yerçekimsel mercekli süper kütleli bir kara delik tespit etti. . Renkleri, kara deliğin, ışığının çoğunu engelleyen kalın bir toz örtüsünün arkasında yer aldığını gösteriyor. Ekip, kara deliğin kütlesini ölçmeyi başardı ve bunun, ev sahibi galaksiyle karşılaştırıldığında, daha yerel örneklerde görülenden önemli ölçüde daha büyük olduğunu keşfetti.

Bulgu şu: yayınlanan içinde Doğa.

İki yıl önce fırlatılan JWST, erken galaksi oluşumuna ilişkin görüşümüzde devrim yarattı. Bu, daha önce tahmin edilenden daha fazla miktarda ve daha fazla parlaklıkta çok erken galaksilerin tespit edilmesine yol açtı ve bazı yeni nesne türlerini ortaya çıkardı.

Bir grup gökbilimci, JWST görüntülerinde erken evrene ait mercekli, kuasar benzeri bir nesne tespit etmişti. Kuasarlar parlak aktif galaktik çekirdeklerdir: galaksilerin merkezlerinde aktif olarak malzeme biriktiren süper kütleli kara delikler.

Kara deliğin üzerine malzeme birikmesi, ev sahibi galaksiyi gölgede bırakan bol miktarda radyasyon yayar ve bu da kompakt, parlak, yıldız benzeri bir görünüme yol açar. Furtak ve Zitrin’in nesneyi tanımladığı JWST görüntüleri, bir gökada kümesi olan Abell 2744’ün alanını benzeri görülmemiş bir derinlikte görüntüleyen UNCOVER programı için çekildi.

Küme büyük miktarlarda kütle içerdiğinden, uzay-zamanı veya yakınında hareket eden ışık ışınlarının yollarını bükerek etkili bir şekilde yerçekimsel mercek oluşturur. Yerçekimi merceği, arkasındaki arka plandaki gökadaları büyütür ve gökbilimcilerin, başka türlü mümkün olmayacak kadar uzak gökadaları gözlemlemelerine olanak tanır.

Doktora sonrası araştırma görevlisi Dr. Lukas Furtak, “JWST ilk verilerini göndermeye başladığında çok heyecanlandık. UNCOVER programı için gelen verileri tarıyorduk ve çok kompakt ancak kırmızı çiçek açan üç nesne dikkat çekici bir şekilde öne çıktı ve gözümüze çarptı” diyor. BGU’da araştırmacı ve keşif makalelerinin baş yazarı. “Onların ‘kırmızı nokta’ görünümü, hemen onun kuasar benzeri bir nesne olduğundan şüphelenmemize yol açtı.”

Furtak ve UNCOVER grubu nesneyi araştırmaya başladı. Prof. Zitrin, “Galaksi kümesi için oluşturduğumuz sayısal mercek modelini kullanarak, üç kırmızı noktanın, evrenin yalnızca 700 milyon yaşında olduğu dönemde görülen, aynı arka plan kaynağının birden fazla görüntüsü olması gerektiğini belirledik” diyor. BGU’da bir gökbilimci ve keşif makalelerinin baş yazarlarından biri.

Pittsburgh Üniversitesi’nden ve UNCOVER programının eşbaşkanlarından Prof. Rachel Bezanson, “Cismin renklerinin analizi, onun tipik bir yıldız oluşturan galaksi olmadığını gösterdi. Bu, süper kütleli kara delik hipotezini daha da destekledi” diyor. Prof. Bezanson, “Kompakt boyutuyla birlikte, bunun muhtemelen süper kütleli bir kara delik olduğu ortaya çıktı, ancak yine de o ilk zamanlarda bulunan diğer kuasarlardan farklıydı.” diye ekledi. Benzersiz kırmızı ve kompakt nesnenin keşfi geçen yıl yayınlandı içinde Astrofizik Dergisi. Ama bu hikayenin sadece başlangıcıydı.

Ekip daha sonra “kırmızı nokta”nın üç görüntüsüne ait JWST/NIRSpec verilerini elde etti ve verileri analiz etti. Swinburne Teknoloji Üniversitesi’nden ve UNCOVER programının eşbaşkanlarından Prof. Ivo Labbé, “Spektra akıllara durgunluk vericiydi” diyor ve şöyle devam ediyor: “Üç görüntüden gelen sinyaller mercek büyütmeyle bir araya getirildiğinde ortaya çıkan spektrum eşdeğerdir JWST tarafından merceksiz bir nesne üzerinde ~1700 gözlem saatine kadar gözlem yapılıyor, bu da onu JWST’nin erken evrendeki tek bir nesne için elde ettiği en derin spektrum haline getiriyor.”

“Spektrayı kullanarak, kırmızı kompakt nesnenin sadece süper kütleli bir kara delik olduğunu doğrulamayı ve kırmızıya kaymasını tam olarak ölçmeyi değil, aynı zamanda emisyon çizgilerinin genişliğinden kütlesi için sağlam bir tahmin elde etmeyi de başardık” diyor baş yazar Dr. Furtak. “Gaz, kara deliğin çekim alanında yörüngede dönüyor ve galaksilerin diğer kısımlarında görülmeyen çok yüksek hızlara ulaşıyor. Doppler kayması nedeniyle, biriken malzemenin yaydığı ışık bir tarafta kırmızıya, maviye kayıyor. diğer tarafta hızına göre. Bu da spektrumdaki emisyon çizgilerinin genişlemesine neden oluyor.”

Ancak ölçüm başka bir sürprize daha yol açtı: Kara deliğin kütlesi, ev sahibi galaksinin kütlesiyle karşılaştırıldığında aşırı derecede yüksek görünüyor.

“Galaksinin tüm ışığı, günümüzün yıldız kümesi büyüklüğündeki küçük bir bölgeye sığmalı. Kaynağın kütleçekimsel merceksel büyütmesi, boyut konusunda bize mükemmel sınırlar verdi. Olası tüm yıldızları bu kadar küçük bir bölgeye sığdırsak bile, kara delik sistemin toplam kütlesinin en az %1’i kadar oluyor” diyor Princeton Üniversitesi’nden Prof. Jenny Greene ve son makalenin baş yazarlarından biri.

“Aslında, erken evrendeki diğer birçok süper kütleli kara deliğin de benzer bir davranış gösterdiği bulundu; bu da kara delik ve ev sahibi galaksinin büyümesine ve aralarındaki etkileşime dair bazı ilgi çekici görüşlere yol açıyor ve bu da iyi anlaşılmadı.”

Gökbilimciler, bu tür süper kütleli kara deliklerin, örneğin yıldız kalıntılarından mı, yoksa evrenin erken dönemlerinde doğrudan kara deliklere çöken malzemelerden mi büyüdüğünü bilmiyorlar.

Prof. Zitrin, “Bir bakıma bu, tavuk ve yumurta probleminin astrofiziksel eşdeğeridir” diyor. “Şu anda hangisinin önce geldiğini bilmiyoruz; galaksi mi yoksa kara delik mi, ilk kara deliklerin ne kadar büyük olduğunu ve nasıl büyüdüklerini.”

Yakın zamanda JWST ile çok daha fazla “küçük kırmızı nokta” ve diğer aktif galaktik çekirdekler tespit edildiğinden, yakın zamanda daha iyi bir fikre sahip olacağımızı umuyoruz.