Süper Kütleli Kara Deliklerin Doğuşu Hakkında Bilinmeyenler

Evrenin Çocukluğunda matematiğin diğer hayali nesneleri
E vrendeki en eski galaksilere kadar giden süper kütleli kara deliklerin, her galaksinin merkezinde bulunduğu belirlenmiş durumda. Bu kara deliklerin nasıl oraya geldiği ise hala bilinmiyor. Onların süpernovalardan hızla süper kütleli boyutlara nasıl ulaşabildiği mümkün olmamalıdır. Ve bu kadar hızlı bir büyüme gerektirmeyecek kadar büyük bir şeyin nasıl oluştuğu hakkında bilinen herhangi bir mekanizma da bulunmamaktadır.

Erken Evren'de süper kütleli kara deliklerin varlığının imkansızlığı zaten bir sorundu. Ancak James Webb Uzay Teleskobu, süper kütleli kara deliklere sahip galaksilerin her zamanki gibi daha da erken dönemlerde bulunmasını sağlayarak bu sorunu daha da karmaşık hale getirdi. Son örnekte, araştırmacılar Webb'i bir süper kütleli kara delik tarafından beslenen bir kuasarı, Büyük Patlama'dan yaklaşık 750 milyon yıl sonra var olduğu şekliyle karakterize etmek için kullandı. Ve görünüşe bakılırsa şaşırtıcı derecede normal görünüyor.

Zamanda Yolculuk

Kuasarlar, evrendeki en parlak nesnelerdir ve aktif bir şekilde süper kütleli kara delikler tarafından beslenirler. Etraflarındaki galaksi, onlara yeterli miktarda madde verir ve bu da onların parlak akresyon diskleri ve güçlü jetler oluşturmasını sağlar. Bu disk ve jetler, bol miktarda radyasyon yaydığı için genellikle kısmen tozla kaplıdır. Bu toz, kara delik tarafından yayılan enerjinin bir kısmını emerek parlar. Bu kuasarlar o kadar fazla radyasyon yayarlar ki, çevredeki bazı maddeleri tamamen galaksiden uzaklaştırırlar.

Bu özelliklerin erken Evren'deki varlığı, süper kütleli kara deliklerin sadece erken evrende var olduğunu değil, aynı zamanda daha yakın zamanlardaki gibi galaksilere entegre olduğunu gösterirdi. Ancak bu konuları incelemek oldukça zordu. İlk olarak, çok az tanımladık 800 milyon yaşından önceki evrenden sadece dokuz kuasar olduğunu biliyoruz. Bu uzaklık nedeniyle, özellikleri çözmek zordur ve Evren'in genişlemesinden kaynaklanan kırmızıya kayma, yoğun UV radyasyonunu ve onun derin kızılötesine uzanmasını sağlar.

Webb teleskobu ise bu radyasyonun ortaya çıktığı kızılötesi dalga boylarına hassas olduğu için özellikle erken Evren'de objeleri tespit etmek üzere tasarlanmıştır. Bu nedenle, yeni araştırma, Webb'i dokuz erken kuasara yönlendirenlerden ilki olan J1120+0641'e doğrultarak gerçekleştirilmiştir.

Ve sonuç oldukça normal görünüyor. En azından çok daha yakın dönemlere ait kuasarlar gibi.


Genellikle Normal

Araştırmacılar, kuasarın ürettiği radyasyonun sürekliğini analiz eder ve onun sıcak, tozlu bir donut içine gömülü olduğunu ve daha sonraki kuasarlarda görüldüğü gibi akresyon diskinin radyasyonunda da açık belirtiler bulur. Bu toz, bazı daha yeni kuasarlarda olduğundan biraz daha sıcaktır, ancak bu durumun erken dönemlerdeki bu nesneler için ortak bir özellik olduğu anlaşılmıştır. Akresyon diskinin radyasyonundan gelen ışık da yine spektrumda görülmektedir.

Süper kütleli kara deliğin kütlesini tahmin etmek için çeşitli yöntemlerle elde edilen değerler, bunun güneşin kütlesinin yaklaşık 109 katı civarında olduğunu göstermektedir, bu da onu net bir şekilde süper kütleli kara delik bölgesine yerleştirir. Aynı zamanda, bazı radyasyonlarda hafif bir mavi kayma olduğundan, kuasarın yaklaşık 350 kilometre/saniye hızla malzemenin dışarı doğru fırlattığının kanıtı bulunmaktadır.

Birkaç tuhaflık bulunmaktadır. Bunlardan biri, malzemenin yaklaşık 300 kilometre/saniye hızla içeriye düştüğünün görünmesidir. Bu, akresyon diskinde bizden uzakta dönen malzemeden kaynaklanmış olabilir. Ancak bu durum, diskin karşı tarafında bizden gelen malzemenin bu etkiye eşlik etmesi gerektiğini gösterir. Bu durum, daha önceden erken kuasarlarda birkaç kez görülmüş olsa da, araştırmacılar, "Bu etkinin fiziksel kökeni bilinmemektedir" demektedir.

Bunun açıklaması olarak önerilen seçeneklerden biri, kuasarın bütününün, daha önce başka bir süper kütleli kara delikle birleşmenin neden olduğu birleşmeyle, galaksinin merkezinden sarsılmış bir şekilde hareket ettiği olabilir.

Diğer tuhaflık ise, aynı zamanda son derece iyonlaşmış karbonlu hızlı bir akış olmasıdır bu, daha sonraki zamanlardaki kuasarlarda olduğundan yaklaşık iki kat daha hızlı hareket etmektedir. Bu daha önce görülmüş olsa da, buna herhangi bir açıklama bulunmamaktadır.



Nasıl Gerçekleşti?

Tuhaflıklara rağmen, bu nesne daha sonra kuasarlarla çok benziyor gibi görünüyor "Gözlemlerimiz, tozlu tüpün ve akresyon diski'nin karmaşık yapılarının Big Bang'den 760 milyon yıl önce bir süper kütleli kara deliğin etrafında kendini kurabileceğini gösteriyor."

Ve yine, bu, bu nesnelerde görülen boyutlara ulaşmak için kara deliklerin Eddington sınırı denilen bir konuya dayandığını düşündürmektedir beslenmeden önce bu tür malzemenin etrafındaki radyasyonun komşu malzemeyi sürükleyerek kara deliğin gıda kaynağını tıkayacağı miktar.

Bu, iki seçenek göstermektedir. Birincisi, bu şeylerin çoğunlukla tarihinin çoğunda Eddington sınırını aşan bir miktar malzeme yuttuğudur gözlemlemediğimiz ve kesinlikle bu kuasar için doğru olmayan bir şey. Diğer seçenek ise, onların başlangıçta (Güneş'in kütlesinin yaklaşık 104 katı) ağır olduğu ve daha makul bir hızda beslendikleri yönündedir. Ancak gerçekte, bu kadar büyük bir şeyin nasıl oluşacağını bilmiyoruz.

Bu nedenle, erken Evren oldukça kafa karıştırıcı bir yer olarak kalmaya devam ediyor.



Kaynak: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02273-0