Samanyolu Gökadamızın merkezinde, Dünya'dan yalnızca 27.000 ışık yılı uzaklıkta, Güneş'in 4 milyondan fazla katı kütleye sahip devasa bir kara delik bulunuyor. Neredeyse tüm gökadalarda süper kütleli bir kara delik mevcut ve bunların birçoğu çok daha büyük.
M87 eliptik gökadasındaki kara deliğin kütlesi 6,5 milyar Güneş'e denk gelirken, en büyük kara delikler 40 milyar Güneş kütlesini aşıyor. Evrenin bu devasa nesnelerinin nasıl oluştuğu sorusu uzun zamandır astronomların kafasını kurcalıyor.
Yaygın bir teoriye göre, süper kütleli kara delikler zamanla birleşmeler yoluyla oluşuyor. Karanlık madde ve karanlık enerji etkisiyle gökadalar boşluklarla ayrılmış kümeler halinde şekilleniyor. Zamanla bu boşluklar genişlerken, gökadalar birbirine yaklaşıp birleşiyor. Bu gökadaların içindeki kara delikler de birleşerek günümüzde gördüğümüz devasa yapıları oluşturuyor.
Ancak bu teori, zaman alıcı bir süreç gerektiriyor. Eğer bu model doğruysa, en uzak gökadalarda daha küçük, milyonlarca Güneş kütlesine sahip kara delikler görmeyi beklerdik. Milyarlarca Güneş kütlesine sahip devasa kara delikler ise sadece yakın evrende bulunmalıydı.
Fakat James Webb Uzay Teleskobu'ndan elde edilen gözlemler, en uzak gökadalardaki süper kütleli kara deliklerin şaşırtıcı derecede büyük olduğunu ortaya koydu. Evren henüz yarım milyar yaşındayken, kütlesi 1 milyar Güneş'ten fazla olan kara delikler zaten mevcuttu. Bu genç devler, birleşme modeliyle açıklanamayacak kadar büyükler ve geleneksel açıklamaları zorluyorlar.
Peki neden böyle oluyor? Erken evren inanılmaz derecede yoğundu. Kara deliklerin beslenebileceği bol miktarda madde varken, neden hızla büyüyemesinler ki? Bunun nedeni, Eddington Limiti olarak bilinen bir fiziksel olgu. Madde bir kara deliğe çekildiğinde, aşırı ısınan ve yüksek basınçlı bir plazmaya dönüşüyor. Bu plazma, daha uzaklardaki maddeyi kara delikten iterek büyüme hızını yavaşlatıyor. Eddington Limiti, bir kara deliğin büyüyebileceği en hızlı oranı belirliyor ve bu oran, erken evrendeki devasa kara delikleri açıklamak için yeterli değil.
Ancak erken evren, günümüz evreninden çok farklıydı. Peki ya o dönemde Eddington Limiti geçerli değilse? Bu, yakın zamanda yapılan ve evrenin kozmik karanlık çağı olarak bilinen dönemindeki kara delik oluşumunu inceleyen bir çalışmanın temel sorusu oldu.
Araştırmacılar, gelişmiş hidrodinamik modeller kullanarak, ilk yıldızların oluştuğu ve evreni yeniden ışıkla aydınlattığı yeniden iyonizasyon öncesi dönemi incelediler. Bu dönemin gökadaların oluşmaya başladığı zaman olduğu biliniyor, bu nedenle süper kütleli kara deliklerin de bu dönemde oluştuğunu varsaymak mantıklı.
Simülasyonlara dayanarak, araştırmacılar süper-Eddington bir dönem olduğunu buldular. Bu dönemde, kara deliğe yakın aşırı sıcak malzemenin bölgeyi temizleyemeyeceği kadar yoğun bölgeler oluştu. Bu durum, erken kara deliklerin günümüzdeki limitlerin ötesinde, ancak yaklaşık 10.000 Güneş kütlesine kadar büyümelerine olanak tanıdı.
Simülasyonlara göre, bu noktadan sonra Eddington geri besleme döngüsü devreye giriyor ve büyüme hızı tekrar sınırlanıyor. Ekip ayrıca, bu süper-Eddington büyümesinin uzun vadede büyük bir fark yaratmadığını da keşfetti. Sonuçta, her zaman alt-Eddington hızında büyüyen kara delikler bile aynı kütleye ulaşacaktır.
Bu çalışma, süper-Eddington büyümesinin, erken evrende gördüğümüz milyarlarca Güneş kütleli kara deliklerin tamamını açıklayamayacağını güçlü bir şekilde gösteriyor. Gökada birleşmelerinin de bu durumu açıklayamaması göz önüne alındığında, bu araştırma başka bir çözüme işaret ediyor: Büyük Patlama'dan hemen sonraki enflasyonist dönemde bile oluşmuş olabilecek, erken oluşmuş tohum kütleli kara delikler.
