Araştırmacılar, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile bugüne kadarki en uzak aktif süper kütleli kara deliği keşfettiler. CEERS 1019 galaksisi, büyük patlamadan yaklaşık 570 milyon yıl sonra var oldu ve onun kara deliği, henüz erken evrende tanımlanmış olanlardan daha az kütleli.
Araştırmacılar, CEERS 1019’daki kara deliğe ek olarak, daha küçük tarafta olan ve büyük patlamadan 1 milyar ve 1,1 milyar yıl sonra var olan iki kara delik daha belirlediler. JWST ayrıca, evren 470 ila 675 milyon yaşındayken var olan on bir gökadayı da belirledi. Kanıt, Austin’deki Texas Üniversitesi’nde astronomi profesörü olan Steven Finkelstein liderliğindeki JWST’nin Kozmik Evrim Erken Yayın Bilimi (CEERS) Araştırması tarafından sağlandı. Program, tamamı bu keşifleri yapmak için kullanılan JWST’nin son derece ayrıntılı yakın ve orta kızılötesi görüntülerini ve spektrum olarak bilinen verilerini birleştirir.
Yakın zamanda doktora yapan Rebecca Larson, “Bu uzak nesneye bu teleskopla bakmak, bizim yakın galaksilerimizde bulunan kara deliklerden alınan verilere bakmaya çok benziyor” dedi. Çalışmayı yöneten UT Austin mezunu. “Analiz edilecek çok fazla spektral çizgi var!”
CEERS 1019, yalnızca ne kadar uzun zaman önce var olduğuyla değil, aynı zamanda kara deliğin görece ne kadar hafif olduğuyla da dikkat çekiyor. Erken evrende de var olan ve diğer teleskoplar tarafından tespit edilen diğer kara deliklerden çok daha az olan yaklaşık 9 milyon güneş kütlesinde saatler. Bu devler tipik olarak güneşin kütlesinin 1 milyar katından fazlasını içerir ve çok daha parlak oldukları için tespit edilmeleri daha kolaydır. CEERS 1019’daki kara delik, daha çok, kütlesi Güneş’in 4,6 milyon katı olan Samanyolu galaksimizin merkezindeki kara deliğe benziyor.
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 JWST gözlemlemeye başlayana kadar değildi.
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’de astronomi doçenti olan 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.”
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, JWST’nin verilerinin, erken kara deliklerin nasıl oluştuğunu açıklamak için de kullanılması, araştırmacıların evren tarihinin ilk birkaç yüz milyon yılında kara deliklerin nasıl büyüdüğü ve geliştiğine dair modellerini gözden geçirmesi mümkündür.
James Webb Uzay Teleskobu, NASA’nın ortakları, Avrupa Uzay Ajansı ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır.
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. JWST’nin 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, yeni açıklanan diğer iki kara delik de (CEERS 2782 ve CEERS 746 galaksilerinde) “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.”
JWST’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.
JWST’nin hassas tayfları, bu araştırmacıların erken evrendeki galaksilere olan uzaklıkları ve dolayısıyla galaksilerin yaşlarını kesin olarak ölçmelerine de izin verdi. Ulusal Bilim Vakfı’nın NOIRLab’inden ekip üyeleri Pablo Arrabal Haro ve UT Austin’de doktora sonrası araştırmacı ve Hubble üyesi olan Seiji Fujimoto, büyük patlamadan 470 milyon ila 675 milyon yıl sonra var olan 11 gökada belirledi. Sadece son derece uzak olmakla kalmayıp, bu kadar çok parlak galaksinin tespit edilmiş olması dikkate değerdir. Araştırmacılar, JWST’nin 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 ama 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.