Gökbilimciler Kozmik Şafak’ta En Erken Doğrulanmış Kara Deliği Tespit Etti
En erken doğrulanmış kara deliğin bulunduğu CAPERS-LRD-z9’un sanatçı tasviri.
2024 yılında, uluslararası bir gökbilimci ekibi, James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) alınan verileri kullanarak “Kozmik Şafak”taki galaksileri tespit etmeyi amaçlayan CANDELS-Alan Prizması Yeniden İyonlaşma Dönemi Araştırması’nı (CAPERS) başlattı.
Bu kozmolojik dönem, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan kısa bir süre sonra gerçekleşti ve Evren’deki ilk galaksilerin oluştuğu dönemdir.
Yakın tarihli bir çalışmada, CAPERS ekibi, yaklaşık 13,3 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir galaksinin (CAPERS-LRD-z9 olarak adlandırıldı) merkezinde bir kara deliğin varlığını doğruladı.
Bu, kara deliği bilim insanları tarafından gözlemlenen en eski kara delik haline getiriyor ve bu erken dönemde kara deliklerin evrimini ve Evren’in yapısını incelemek için fırsatlar sunuyor.
Araştırma, Teksas Üniversitesi Austin Kozmik Sınır Merkezi’nde araştırmacı olan Dr. Anthony J. Taylor liderliğinde yürütüldü ve CAPERS konsorsiyumunun birkaç üyesi de dahil edildi.
1970’lerde bilim insanları, çoğu büyük galaksinin merkezinde bir süper kütleli kara delik (SMBH) bulunduğunu keşfettiler. Bu yeni keşif, çekirdek bölgelerinin periyodik olarak disklerindeki tüm yıldızları gölgede bırakacak kadar parlak hale gelmesinin nedenini açıklıyordu.
Bu durum, bu parlak galaktik merkezleri tanımlayan ve onları daha az parlak ve aktif galaksilerden ayıran Aktif Galaktik Çekirdekler (AGN) teriminin ortaya çıkmasına yol açtı.
JWST’nin konuşlandırılmasıyla birlikte, gökbilimciler nihayet bu devlerin ilk atalarını (veya “tohumlarını”) gözlemleme ve galaksilerinin evrimini nasıl etkilediklerini inceleme fırsatı buldular.
“Küçük Kırmızı Nokta” galaksileri, Büyük Patlama’dan yaklaşık 600 milyon yıl sonra büyük sayılarda ortaya çıkar.
CAPERS-LRD-z9, ilk olarak JWST’nin Yakın Kızılötesi Kamerası (NIRCam) ve Orta Kızılötesi Cihazı (MIRI) kullanılarak yapılan “Kamuya Açık Görüntüleme (PRIMER)” araştırması kapsamında tanımlandı.
JWST tarafından tanımlanan birçok galaksi gibi, CAPERS-LRD-z9 da Büyük Patlama’dan 1,5 milyar yıl sonra var olan, oldukça yoğun, kırmızı ve şaşırtıcı derecede parlak olan “Küçük Kırmızı Noktalar” (LRD) olarak bilinen yeni bir galaksi sınıfının parçasıdır.
Takip gözlemleri sırasında CAPERS ekibi, NIRSpec/PRISM spektroskopisi gerçekleştirmek için JWST’nin Yakın Kızılötesi Spektrometresi’ni (NIRSpec) kullanarak hızlı hareket eden gazın belirgin işaretlerini tespit ettiler.
Gaz ve toz bir kara deliğin etrafında dönüp yüzeyinde biriktikçe, göreli hızlara (ışık hızına yakın) ulaşır. Cihazlarımıza göre uzaklaşan gaz spektrumun kırmızı ucuna doğru kayarken, onlara doğru hareket eden gaz daha mavi dalga boylarına kayar.
Ekip, CAPERS-LRD-z9’dan gelen spektral imzaları incelediklerinde, her ikisinin de varlığını tespit ederek, yaklaşık 13,3 milyar ışık yılı uzaklıkta bir kara delik belirlediklerini doğruladı.
Gökbilimciler birkaç uzak aday daha bulmuş olsalar da, kara deliklerle ilişkili ayırt edici anlamda spektral imzayı henüz bulamadılar.
Taylor, “Kara delikleri ararken, pratik olarak gidebileceğiniz en uzak nokta burası. Mevcut teknolojinin tespit edebileceği sınırları gerçekten zorluyoruz. CAPERS’ın ilk amacı, en uzak galaksileri doğrulamak ve incelemek” dedi.
CAPERS ekibi lideri Mark Dickinson ise, “JWST spektroskopisi, mesafelerini doğrulamanın ve fiziksel özelliklerini anlamanın anahtarıdır” diye ekledi.
CAPERS-LRD-z9’un merkezinde bir Küçük Kırmızı Nokta çekirdeğinin varlığı, gökbilimcilere bunu yapmak için eşsiz bir fırsat sunmuştur.
Öncelikle, bu galaksi, Küçük Kırmızı Noktaların beklenmedik parlaklığının kaynağının Küçük Kırmızı Noktalar olduğu teorisini destekliyor; bu parlaklık genellikle yıldız bolluğuna atfedilir.
Ancak bu, bu galaksilerin bu kadar çok yıldız oluşturmak için yeterli zamana sahip olmadığını öne süren mevcut kozmolojik modellerle çelişiyor.
Dahası, kara delikler tükettikleri gaz ve tozu sıkıştırarak muazzam miktarda ışık ve ısı açığa çıkardıkları için parlak bir şekilde parlıyorlar.
Küçük kırmızı noktalar, parlak kuasar evresinden önceki bir evrim evresinde olan galaksileri temsil ediyor olabilir.
CAPERS-LRD-z9’da bir süper kütleli kara delik (SMBH) tohumunun varlığının doğrulanması, bu sürecin çok erken galaksilerde nasıl ortaya çıktığını açıklamaya yardımcı oluyor.
Bu galaksi, LRD galaksilerindeki belirgin kırmızı rengin de açıklanmasına yardımcı olabilir; bu, kara deliği çevreleyen kalın bir toz bulutundan kaynaklanıyor olabilir; bu, daha yeni galaksilerde de gözlemlenmiştir.
Ayrıca, kara deliğin boyutu (Güneşimizin kütlesinin 300 milyon katına kadar) beklenmedik bir bulguydu; diskindeki tüm yıldızların kütlesinin yaklaşık yarısı kadardı.
Bu, gökbilimcilerin Büyük Patlama’dan 1 milyar yıldan daha kısa bir süre sonra var olan galaksilerdeki diğer SMBH tohumlarında fark ettiklerine benzer. Dolayısıyla bu bulgu, gökbilimcilere bu kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüyebildiğini inceleme fırsatı da sunuyor.
Ekipten Kozmik Sınır Merkezi direktörü Finkelstein, “Bu, erken dönem kara deliklerin düşündüğümüzden çok daha hızlı büyüdüğüne dair artan kanıtlara katkıda bulunuyor ya da modellerimizin öngördüğünden çok daha büyük kütleli bir şekilde başlamışlardı” dedi.
Ekip, ileride CAPERS-LRD-z9 hakkında daha fazla yüksek çözünürlüklü veri toplayarak kara deliklerin erken evrendeki galaksilerin gelişimindeki rolü hakkında daha fazla bilgi edinmeyi umuyor.
Taylor, “Bu bizim için iyi bir test nesnesi. Yakın zamana kadar erken kara delik evrimini inceleyememiştik ve bu eşsiz nesneden neler öğrenebileceğimizi görmek için heyecanlıyız” dedi.
