James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından gönderilen ilk yüksek çözünürlüklü kızılötesi görüntülerde dikkat çeken, parıldayan, yakut kırmızısı küçük lekeler, bilim insanlarını heyecanlandırmıştı. 'Küçük Kırmızı Noktalar' olarak adlandırılan bu nesneler, sıradan galaksilerden çok daha parlak ve basit yıldız kümelerinden daha kırmızıydı. Üstelik, olması gerekenden çok daha büyük kütleli süper kütleli kara deliklere ev sahipliği yapıyor gibi görünüyorlardı.
Nature dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma ise bu 'Küçük Kırmızı Noktalar' gizemine ışık tutuyor. Bilim insanları, genç süper kütleli kara deliklerin, beslendikleri yüksek yoğunluklu gazla çevrili bir 'koza aşamasından' geçebileceğini düşünüyor. Bu gaz kozalarının, JWST'nin gördüğü 'Küçük Kırmızı Noktalar' olduğu tahmin ediliyor.
Aşırı Kütleli Kara Delik Sorunu
Bilim insanlarının 'Küçük Kırmızı Noktalar' için ilk açıklaması, bunların kompakt ve uzak galaksiler olduğu yönündeydi. Ancak bir şeyler baştan beri tutarsızdı. Çalışmanın baş yazarlarından, Manchester Üniversitesi'nden gökbilimci Vadim Rusakov, bu nesnelerin çok büyük olduklarını, tamamının yıldızlarla dolu olması gerektiğini belirtti. Bu durumun, mevcut bilgilerimize göre bir galaksinin yıldız üretme verimliliğinin %20'yi geçemeyeceği gerçeğiyle çeliştiğini vurguladı.
Bir diğer olasılık ise bu noktaların süper kütleli kara delikler olmasıydı. Ancak bu da verilerle tam olarak uyuşmuyordu. Gökbilimciler, on yıllardır bir galaksi ile merkezindeki süper kütleli kara delik arasında tutarlı bir ilişki gözlemliyor: Kara delik, genellikle galaksinin toplam kütlesinin yaklaşık %0.1'ini oluşturur. Bu uyumlu kozmik oran, ikisinin birbirini koordine bir şekilde büyüdüğünü gösteriyor. Ancak 'Küçük Kırmızı Noktalar' bu kuralı bozuyordu.
İlk analizler, bu noktaların süper kütleli kara delikler olması durumunda, evrenin yaklaşık 1 milyar yaşındayken görüldükleri düşünüldüğünde, evrenin ilk milyar yılında bu kadar hızlı büyüyen 'aşırı kütleli' bir kara deliğin nasıl var olabileceği sorusunu gündeme getiriyordu. Bu duruma bir açıklama getirilemiyordu.
Ancak Rusakov ve ekibi, JWST verilerinde olağandışı durumlar fark etmeye başladı. Rusakov, normalde süper kütleli kara deliklerden beklenen X-ışını gibi sinyallerin gözlenmediğini belirtiyor. Bu tuhaflıklar X-ışınlarının yokluğuyla sınırlı kalmıyordu.
Geniş Çizgiler
Kara delikler doğrudan gözlemlenemediği için, gökbilimciler etraflarında dönen gazı inceleyerek kütlelerini ölçerler. Gaz kara deliğe doğru sarmal çizerek ilerlerken ısınır ve parlar. Süper kütleli bir kara deliğin yerçekimi, bu gazı inanılmaz hızlara çıkarır; malzeme saniyede binlerce kilometreye ulaşır. Bu hız, Doppler etkisi olarak bilinen bir olguya neden olur: Gözlemciye doğru hareket eden gazın ışığı maviye, uzaklaşan gazın ışığı ise kırmızıya kayar ve spektral çizgiler geniş, düz bir şekil alır. Bu çizgilerin genişliğini ölçerek gazın hızını ve dolayısıyla kara deliğin kütlesini hesaplarız.
'Küçük Kırmızı Noktalar' durumunda, çizgiler inanılmaz derecede geniş görünüyordu ve bu da şaşırtıcı kütle tahminlerine yol açıyordu. Ancak çizgilerin şekli tuhaftı; yuvarlak bir çan eğrisi yerine, geniş, kanat benzeri kuyrukların üzerinde duran keskin bir üçgene benziyordu.
Ekibin, gazın hızlı hareket ettiğini değil, ışığın bir tür sis içinde kaybolduğunu fark etmesiyle bir dönüm noktasına ulaşıldı.
Devleri Küçültmek
'Küçük Kırmızı Noktalar' vakasında, bu sis yoğun bir iyonize gaz kozasıydı; özellikle kara delikleri çevreleyen kalın bir serbest elektron bulutu. Rusakov'un ekibi, makalede bildirdiğine göre, spektral çizgilerin alışılmadık şeklinin Thomson saçılması adı verilen bir süreçten kaynaklandığını belirtiyor. Kara deliğe yakın gaz tarafından yayılan fotonların, bu serbest elektronlarla çarpışma olasılığı yüksek. Her çarpışmada fotonların yönü ve enerjisi değişiyor. Milyarlarca, trilyonlarca bu tür çarpışmadan sonra, başlangıçta oldukça dar olan bir spektral çizgi, yüksek hızlı gaz görünümünü taklit eden geniş bir hale geliyor.
Rusakov'un ekibi, 'Küçük Kırmızı Noktalar' galaksilerinden elde edilen verilere bir saçılma modeli uygulayarak, gazın gerçek hızının düşündüğümüzden çok daha düşük olduğunu buldu. Bilim insanları, kara deliklerin önceki tahminlere göre 100 kat daha küçük olduğu sonucuna vardı. Fizik anlayışımızı altüst eden 'aşırı kütleli' canavarlar olmak yerine, muhtemelen Güneş'in kütlesinin yaklaşık 10 ila 100 milyon katı kadar olan 'genç' süper kütleli kara deliklerdir. Bu, onları yerel Evren'de gördüğümüz standart galaksi-kara delik kütle oranına çok daha yakın hale getiriyor.
JWST, bu kara delikleri yaşam döngülerinin daha önce hiç görmediğimiz bir aşamasında yakalamış gibi görünüyor.
Koza Aşaması
Çalışma, 'Küçük Kırmızı Noktalar'ın süper kütleli kara deliklerin evriminde daha önce bilinmeyen bir evreyi temsil ettiğini öne sürüyor. Rusakov, bu nesnelerin 'gelişen bir kelebeğe veya bu genç evrede, onu besleyen bir tür gazın içine sarılı olarak büyüyen bir şeye' benzediğini belirtiyor. Süper kütleli kara deliklerin yaşam döngüsünde böyle bir koza aşamasının olacağını kimsenin tahmin etmediği için, bu durumun kesinlikle yeni olduğunu ekliyor.
Bu aşamada, genç bir süper kütleli kara delik hızla büyürken, derin bir gaz ve toz kabuğunun içine gömülüdür. Bu koza o kadar kalındır ki, aktif bir kara deliğin varlığını genellikle sinyalleyen yüksek enerjili X-ışınlarını ve radyo dalgalarını engelleyen kozmik bir kalkan görevi görür. Rusakov'un ekibi, koza hipotezlerinin, 'Küçük Kırmızı Noktalar'ın neden kızılötesinde bu kadar parlak ancak Chandra gibi X-ışını teleskoplarına karşı neredeyse görünmez olduğunun en kalıcı gizemlerinden birini açıkladığını düşünüyor. X-ışınları, ışığı saçan aynı yoğun malzeme tarafından emiliyor. Rusakov, bu durumun bu anlamda akıllıca bir çözüm olduğunu belirtiyor.
Saçılma modeli, kütle sorununu ve eksik X-ışınlarını zarif bir şekilde çözerken, sorular hala devam ediyor. Gökbilimcilerin bu koza aşamasının tam olarak ne kadar sürdüğünü ve erken Evren'de ne kadar yaygın olduğunu belirlemeleri gerekiyor. Şu ana kadar ekip 12 'Küçük Kırmızı Nokta' nesnesini inceledi. JWST'den daha fazla yüksek çözünürlüklü veri geldikçe, araştırmacılar her 'Küçük Kırmızı Nokta'nın bu paterni izleyip izlemediğini görebilecekler. Rusakov, bunun kendi galaksimizin nasıl oluştuğuna dair bazı ipuçları vereceğine inanıyor.
JWST gözlemlerine dayanarak, 'Küçük Kırmızı Noktalar' gibi erken evre galaksilerden gelen sinyallerin çoğunun süper kütleli kara deliklerden gelen ışık olduğu görülüyor. Rusakov, 'Büyük, basitleştirilmiş bir soru var: Galaksi, süper kütleli kara delikle mi yoksa yıldızlarla mı başlar? Bu bir tavuk mu, yumurta mı?' diye soruyor. Bu ilk galaksi oluşumu aşamasında tam olarak ne olduğunu bilmediklerini, ancak modellerinin bu tür nesnelere bakmak için yeni bir yol sunduğunu ekliyor.
