Abell 2744 kafa karıştırdı: Karadelik mi galaksiden, galaksi mi karadelikten çıkar bilmecesi

Galaksiden önce kara delik varlığı ihtimali güç kazandı

 Gökbilimciler, James Webb Uzay Teleskobu ile, Büyük Patlama’nınhemen sonrası sayılabilecek bir zaman diliminde,  patlamadan yaklaşık 700 milyon yıl sonra oluşmuş  bir galaksideki dev kara deliğin doğrudan kütle ölçümünü gerçekleştirdi. Elde edilen bulgular, bazı süper kütleli kara deliklerin yıldız çökmesiyle değil, evrenin ilk anlarında “doğuştan dev” biçimde oluşmuş olabileceği  ihtimalini ortata çıkardı.

Sonuçları Nature ve Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergilerinde yayınlanan makalelerle açıklanan, araştırmalara göre, “Abell2744-QSO1” adlı küçük galaksinin merkezindeki kara delik yaklaşık 50 milyon Güneş kütlesine sahip. Araştırmacılar, bu kara deliğin ev sahibi galaksiden daha önce oluşmuş olabileceğini ve kökeninin Büyük Patlama’nın ilk saniyesine kadar uzanabileceğini düşünüyor.

*********************************

NASA, ESA ve CSA ortaklığının ürünü James Webb uzay teleskobunun Yakın Kızılötesi Kamerası (NIRCam ) tarafından çekilmiş,  büyütülmüş ve üçlü olarak görüntülenmiş Abell2744-QSO1'i gösteren görseller.

Uzayın siyah arka planı üzerinde farklı boyut, renk ve şekillerde yüzlerce parlak nesneyi gösteren bir görüntü. Renkler beyazdan koyu kırmızıya kadar değişiyor. Şekiller arasında elips, spiral, nokta benzeri, çizgi benzeri ve yay şeklinde nesneler bulunuyor. Görüntünün orta kısmındaki üç nesne, bu üç nesnenin resimlerini içeren küçük beyaz kutularla belirtilmiş. Yukarıdan aşağıya doğru bunlar QSO1A, QSO1B ve QSO1C olarak etiketlenmiş. Her kutunun merkezinde küçük, dairesel kırmızı bir nokta var: QSO1A (üstte), diğer ikisinden belirgin şekilde daha büyük, daha parlak ve daha nettir. Ortadaki QSO1B  en küçük ve en bulanık olanıdır ve yanındaki daha büyük beyaz bir nesnenin ışığıyla biraz soluk görünmekte...

Abell2744-QSO1 (QSO1), uzay teleskobunun erken evrende bulduğu yüzlerce küçük, parlayan kızılötesi ışık noktasından biridir . Yaklaşık 1300 ışık yılı çapındadır ve Büyük Patlamadan sadece 700 milyon yıl sonrasına tarihlendirilmektedir. Yani tarihi evrenin şu anki yaşının ilk yüzde 5'ine denk gelen zamana dayanmaktadır.

QSO1, kütleçekimsel merceklenme nedeniyle hem büyütülmüş hem de çevresindeki uzay-zamanı büken aradaki devasa galaksi kümesi Abell 2744 tarafından üçlü görüntülenmiş olması nedeniyle inceleme için idealdir .

Üç merceklenmiş görüntünün en parlak olanı QSO1A'nın (sağ üstte) ayrıntılı incelenmesi, nesnenin Güneş'in kütlesinin 50 milyon katı büyüklüğünde merkezi bir süper kütleli kara delikten oluştuğunu ve bunun etrafının hidrojen ve helyum gazı bulutuyla çevrili olduğunu, ayrıca çok az miktarda oksijen gibi daha ağır elementler içerdiğini göstermektedir. Yakındaki galaksilerdeki süper kütleli kara deliklerin, ev sahibi galaksinin toplam kütlesinin yalnızca küçük bir bölümünü oluşturmasının aksine, QSO1'in kara deliği, onu çevreleyen galaktik maddeden iki kat daha fazla kütleye sahiptir. 

Krediler: NASA, ESA, CSA, L. Furtak (Ben-Gurion Üniversitesi), R. Maiolino (Cambridge), F. D'Eugenio (Cambridge), I. Juodžbalis (Cambridge), H. Übler (MPE), C. Marconcini (Floransa Üniversitesi). Görüntü işleme: A. Pagan

********************************

Klasik kara delik oluşum senaryolarına aykırı bir oluşum

Çalışmanın ortak yazarlarından Roberto Maiolino'ye göre; elde edilen sonuçlar mevcut teorileri sarsabilecek nitelikte:  “Bu bulgu olağanüstü. Kara deliklerin nasıl oluştuğu ve büyüdüğüne dair klasik senaryoların tamamen yeniden değerlendirilmesini gerektiriyor” dedi.

Bilim insanları uzun süredir önce galaksilerin oluştuğunu, ardından büyük yıldızların çökmesiyle kara deliklerin meydana geldiğini düşünüyordu. Ancak erken evrende keşfedilen milyarlarca Güneş kütlesindeki kara deliklerin bu kadar kısa sürede nasıl büyüdüğü açıklanamıyordu.

Yeni çalışma ise bazı süper kütleli kara deliklerin başlangıçtan itibaren büyük olduğunu ve yıldız kökenli “küçük çekirdeklerden” evrilmemiş olabileceğini ortaya koyuyor.

“Küçük Kırmızı Nokta” galaksisinde sıra dışı yapı

Araştırmanın odağındaki Abell2744-QSO1, Webb teleskobunun keşfettiği “Little Red Dot” (Küçük Kırmızı Nokta) sınıfındaki galaksilerden biri. Yaklaşık 13 milyar ışık yılı uzaklıktaki bu gökada yalnızca 1300 ışık yılı genişliğinde bulunuyor.

QSO1’in gözlemlenmesini kolaylaştıran unsur ise Abell 2744 adlı galaksi kümesinin yarattığı kütleçekimsel mercek etkisi oldu. Bu etki sayesinde gökada hem büyütülmüş hem de gökyüzünde üç ayrı görüntü halinde gözlemlenebildi.

İlk incelemeler, sistemin büyük ölçüde hidrojen ve helyum gazından oluştuğunu ve merkezinde yaklaşık 40 milyon Güneş kütleli bir kara delik bulunduğunu göstermişti. Ancak bu ölçümler dolaylı yöntemlere dayanıyordu.

İlk kez doğrudan ölçüm yapıldı

Araştırmacılar, Webb’in NIRSpec yakın kızılötesi tayfölçerindeki “integral field unit” sistemiyle kara deliğin çevresindeki gaz hareketlerini ayrıntılı biçimde haritaladı.

Çalışmanın başyazarlarından Ignas Juodžbalis, hidrojen gazının tıpkı Güneş Sistemi’ndeki gezegenler gibi merkezi bir kütlenin çevresinde “Kepler hareketi” sergilediğini söyledi.

Bu hareket modeli sayesinde bilim insanları kara deliğin kütlesini ilk kez doğrudan hesaplayabildi. Sonuçlar, kara deliğin yaklaşık 50 milyon Güneş kütlesinde olduğunu ve galaksinin toplam kütlesinin üçte ikisini oluşturduğunu ortaya koydu.

Yakın evrendeki galaksilerde süper kütleli kara delikler genellikle toplam galaksi kütlesinin çok küçük bir bölümünü oluştururken, QSO1’deki oran bunun binlerce kat üzerine çıkıyor.

Evrenin en “saf” galaktik ortamlarından biri

Spektroskopik analizler ayrıca galakside oksijen gibi ağır elementlerin neredeyse hiç bulunmadığını gösterdi. Sistem büyük ölçüde hidrojen ve helyumdan oluşuyor.

Araştırmacılar, Güneş’in metal bolluğunun yüzde 0,5’inden daha düşük bir değere sahip olan QSO1’in şimdiye kadar ölçülen en “ilkel” galaktik ortamlardan biri olduğunu belirtti.

Çalışmanın ortak yazarı Francesco D’Eugenio, erken evrendeki kara delik kütlelerinin daha önce dolaylı varsayımlarla hesaplandığını hatırlatarak, bu yeni doğrudan ölçümün eski tahminleri doğruladığını ifade etti.

“Galaksilerden önce kara delikler oluşmuş olabilir”

Araştırmacılar, QSO1’deki kara deliğin çevresinde büyük bir yıldız popülasyonu bulunmamasının dikkat çekici olduğunu vurguluyor.

Bilim insanlarına göre bu durum, kara deliğin ya Büyük Patlama’dan sonraki ilk saniyelerde oluşan “ilkel kara deliklerden” biri olabileceğine ya da dev bir gaz bulutunun doğrudan çökmesiyle meydana gelmiş olabileceğine işaret ediyor.

Ekip şimdi Webb tarafından keşfedilen diğer “Little Red Dot” sistemlerini inceleyerek, süper kütleli kara deliklerin gerçekten galaksilerden önce oluşup oluşmadığını araştırıyor.