Küçük kırmızı nokta galaksilerindeki süper kütleli kara delikler olması gerekenden 1.000 kat daha büyük ve gökbilimciler bunun nedenini bilmiyor
“Ölçümlerimiz, incelediğimiz galaksilerdeki süper kütleli kara delik kütlesinin yıldız kütlesinin % 10’u olduğunu gösteriyor.”

Bir çizimde, kozmik ağa gömülü yedi “küçük kırmızı nokta” galaksisi gösteriliyor; bunlardan birinin hakimi süper kütleli bir kara delik.
James Webb Uzay Teleskobunu (JWST) kullanan gökbilimciler, erken evrende uzak, aşırı büyük süper kütleli kara delikler keşfettiler. Kara delikler, kendilerine ev sahipliği yapan galaksilerdeki yıldızların kütlesine kıyasla çok daha büyük görünüyor.
Modern evrende, Samanyolu’na yakın galaksiler için, süper kütleli kara deliklerin kütleleri, ev sahibi galaksilerinin yıldız kütlesinin yaklaşık % 0,01’ine eşit olma eğilimindedir.
Bu nedenle, bir galaksideki yıldızlara atfedilen her 10.000 güneş kütlesi için, merkezi bir süper kütleli kara deliğin yaklaşık bir güneş kütlesi vardır.
Yeni çalışmada, araştırmacılar istatistiksel olarak JWST tarafından görülen erken galaksilerin bazılarındaki süper kütleli kara deliklerin, galaksilerinin yıldız kütlesinin % 10’u kadar kütleye sahip olduğunu hesapladılar.
Bu, bu galaksilerin her birindeki yıldızlarda her 10.000 güneş kütlesi için, 1.000 güneş kütlesinde süper kütleli kara delik olduğu anlamına gelir.
Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) Jorryt Matthee “bu süper kütleli kara deliklerin kütlesi, onları barındıran galaksilerin yıldız kütlesine kıyasla çok yüksektir.”
“İlk bakışta, ölçümlerimiz süper kütleli kara delik kütlesinin incelediğimiz galaksilerdeki yıldız kütlesinin % 10’u olduğunu gösteriyor. En uç senaryoda bu, kara deliklerin 1.000 kat daha ağır olması anlamına gelir” dedi.
Keşif, gökbilimcileri, kütleleri Güneş’in kütlesinin milyonlarca hatta milyarlarca katı olan süper kütleli kara deliklerin erken evrende nasıl bu kadar hızlı büyüdüğü gizemini çözmeye bir adım daha yaklaştırabilir.
Matthee, “Bu keşfin ‘endişe verici’ olduğunu söylemektense, ‘umut verici’ olduğunu söyleyebilirim; çünkü bu büyük tutarsızlık, yeni bir şey öğrenmek üzere olduğumuzu gösteriyor.” diye ekledi.
Hikaye küçük kırmızı noktalarla başlıyor
JWST’nin 2022 yazında Dünya’ya veri göndermeye başlamasından bu yana, 10 milyar dolarlık teleskop gökbilimcilerin erken kozmos hakkındaki anlayışlarını geliştirmelerine yardımcı oldu.
Bu, evrenin yaşı 1 milyardan azken milyonlarca güneş kütlesine sahip süper kütleli kara deliklerin keşfini de içeriyordu, bu sorunludur.
Çünkü bilim insanları giderek daha büyük kara deliklerin birleşme zincirlerinin ve kara delikleri süper kütleli boyutlara götüren çevredeki maddeyle oburca beslenmenin 1 milyar yıldan fazla sürdüğünü tahmin ediyor.
JWST’nin erken evren araştırmasının bir diğer önemli yönü, bazıları Büyük Patlamadan sadece 1,5 milyar yıl sonra, evrenin şu anki yaşının yaklaşık % 11’iyken var olan “küçük kırmızı nokta galaksilerinin” keşfi olmuştur.
Bu şaşırtıcı derecede parlak erken galaksilerin kırmızı renginin, bir yığılma diski adı verilen süper kütleli kara deliklerin etrafındaki düzleştirilmiş bir madde bulutundaki gaz ve tozdan kaynaklandığı düşünülmektedir.
Dev kara delikler bu maddeyle beslendikçe, aktif galaktik çekirdek (AGN) olarak bilinen kompakt bir bölgeden muazzam miktarda elektromanyetik enerji yayarlar.
Matthee, “2023 ve 2024’te biz ve diğer gruplar JWST’den gelen ilk veri setlerinde erken evrende daha önce gizli kalmış bir AGN popülasyonu keşfettik. Bu nesnelerden gördüğümüz ışık, özellikle kırmızı ışık, süper kütleli kara deliklerin etrafındaki birikim disklerinden kaynaklanır.”
“Bu nesneler ‘küçük kırmızı noktalar’ olarak bilinmeye başlandı çünkü JWST görüntülerinde bu şekilde görünüyorlardı” dedi. Şu anda, bu erken galaktik popülasyon çok heyecan verici, ancak yeterince anlaşılmış değildir.
Örneğin, erken evrende, küçük kırmızı noktalar, Dünya’dan süper kütleli kara delik güçlendirilmiş kuasarlar olarak görülen daha önce bilinen AGN popülasyonlarına kıyasla çok daha fazla sayıda görünüyor.
Resimde JWST’nin erken evrende gördüğü “küçük kırmızı nokta” galaksilerinden altısı görülüyor.
Matthee göre, “Küçük kırmızı noktalar ayrıca, AGN’ler için oldukça sıra dışı olan X-ışını emisyonundaki zayıflık gibi bazı çok dikkat çekici özellikler de gösteriyor ve kızılötesi emisyon da sıra dışı.”
“Bu karmaşıklıklar nedeniyle, küçük kırmızı noktalardan gözlemlediğimiz ışığı yorumlamakta zorlanıyoruz, bu da özelliklerini incelemeyi çok zorlaştırıyor” dedi.
Matthee ve meslektaşlarının yeni çalışması tam da burada devreye giriyor. JWST’den alınan bir veri setini kullanan ekip, gökyüzündeki belirli bir bölgedeki tüm galaksilerin kesin bir 3B haritasını oluşturdu.
Matthee, “Bu bölgede, önceki çalışmalara benzer şekilde yedi küçük kırmızı nokta tespit ettik, ancak şimdi bu küçük kırmızı noktaların yerlerini 3 boyutlu galaksi haritasında karşılaştırabiliyoruz” dedi.
Ekibin küçük kırmızı noktaları o kadar uzakta yer alıyor ki, ışıkları yaklaşık 12,5 milyar yıllık bir uzaklıktan bize geliyor. Sözde kozmik galaksi ağı içinde kümelenmiş durumdalar ve konumlandırmaları son derece önemli.
Küçük kırmızı nokta galaksileri kozmik bir ağdaki lokmalardır
Galaksilerin kozmik ağdaki konumu, galaksinin türüne bağlıdır. Daha gelişmiş, büyük galaksiler, ağın ipliklerinin bağlandığı düğümler gibi aşırı yoğun bölgelerde bulunur.
Daha genç ve daha düşük kütleli galaksiler, kozmik ağın daha az yoğun bölgelerinde, düğümlerden uzaktaki bireysel ipliklerin uzunluğu boyunca bulunma eğilimindedirler.
Matthee, “Küçük kırmızı noktaların düşük kütleli, genç galaksilere benzeyen ortamlarda olduğunu bulduk. Bu, küçük kırmızı nokta galaksilerinin aynı zamanda düşük kütleli genç galaksiler olduğu anlamına geliyor” diyor.
Bu küçük kırmızı nokta galaksilerin AGN’leri içermesi, erken dönem kara deliklerin yıldız kütleleri Güneş’in yaklaşık 100 milyon katı kadar düşük olan galaksilerde aktif olarak büyüdüğüne dair kanıt sağladı.
Bir çizim, AGN adı verilen bir bölgenin kalbindeki süper kütleli bir kara deliği göstermektedir.
Bunun olası bir açıklaması, erken evrendeki süper kütleli kara deliklerin, günümüz evrenindekilerden çok daha verimli bir şekilde oluşup büyümeyi başarmış olmasıdır. Bu, çevredeki gaz ve maddenin daha hızlı tüketilmesinden kaynaklanıyor olabilir.
Matthee, “Bence en olası açıklama, erken evrendeki galaksilerin yüksek gaz yoğunlukları tarafından beslenen süper kütleli kara deliklerin aşırı hızlı büyümesidir.”
“Bu yoğunluklar aynı anda yüksek yıldız yoğunluklarına yol açar ve bu da kalan kara deliklerin kontrolden çıkan çarpışmalarını kolaylaştırarak süper kütleli kara delik oluşumunu destekler” dedi.
Eğer bu doğruysa, o zaman galaksilerdeki yıldızların ve süper kütleli kara deliklerin oluşumu içsel olarak bağlantılıdır ve bu süreçler birbirine bağlıdır.
Süper kütleli kara delikler erken galaksilerde daha hızlı büyüse de, yıldız oluşumu yetişir ve bugün görülen 1/100 kütle oranına yol açar.
Bu durum, henüz diğer süper kütleli kara delik büyüme açıklamaları, örneğin bu kozmik titanların, devasa gaz ve toz bulutlarının doğrudan çökmesiyle oluşan devasa kara delik tohumlarından büyüdüğü fikri gibi, hızlı büyüme teorilerini doğrulamıyor.
Ancak Matthee, rekabet eden teoriler göz önüne alındığında, teorisyenlerin düşük ana galaksi kütlelerini aşmasının artık zor olacağını da sözlerine ekledi.
Matthee, hem ekip hem de daha geniş astronomi topluluğu için bir sonraki adımın, buldukları yıldız kütlesi/kara delik kütlesi oranının, yanlış ölçümlerin veya en aktif ve dolayısıyla en büyük kütleli kara delikleri kayıran bir seçilim yanlılığının sonucu olma ihtimalini ortadan kaldırmak olduğunu açıkladı.
Bu muhtemelen daha fazla küçük kırmızı nokta galaksisinin keşfini içerecek ve JWST’nin şüphesiz ki bu arayışın merkezinde yer alması bekleniyor.
Matthee, “JWST iki ana nedenden ötürü önemli: O olmasaydı, bu sönük AGN popülasyonlarını keşfedemezdik. Ayrıca, sönük AGN’lere ev sahipliği yapan galaksilerin özelliklerini çıkarmak için kullandığımız galaksi dağılımlarının doğru 3B haritasını çıkaramazdık. Şu anda çok heyecan verici bir araştırma alanı bu” dedi.