Evrenin erken dönemlerinden kalma, beklenmedik derecede aç bir kara delik, iki önemli kuralı çiğniyor: Kara delik büyümesinin "hız limitini" aşmasının yanı sıra, hem aşırı X-ışını hem de radyo dalgası emisyonları üretiyor. Bu iki özelliğin bir arada bulunması, mevcut teorilere göre beklenmiyor.
ID830 olarak bilinen bu kuasar, kutuplarından muazzam ışınlar yayan son derece parlak ve aktif bir süper kütleli kara deliktir. Ayrıca, kara deliğin ağzına ışık hızına yakın bir hızda düşen madde tarafından üretilen yoğun X-ışını emisyonları da yayıyor.
ID830 olağanüstü derecede büyük. Evrenin günümüzdeki yaşının yaklaşık %15'i olduğu 12 milyar yıl önce bile 440 milyon güneş kütlesine sahipti. Bu, onu Samanyolu galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara delik olan Yay A*'dan 100 kattan fazla daha büyük yapıyor.
Peki, bu kural tanımaz davranış nasıl mümkün oluyor? Bilim insanlarından oluşan uluslararası bir ekip, bu sorunun cevabını bulmak için ID830'u çoklu dalga boylarında inceledi.
Kara Deliklerin Bile Sınırları Var
Kara delikler evrenin en obur yutucuları olsa da, canavarların bile bir beslenme sınırı vardır. Gaz ve tozu çektikçe, bu madde girdap şeklinde dönen bir yığılma diski etrafında toplanır. Yerçekimi, maddeyi diskten kara deliğe doğru çeker, ancak düşen madde, dışarı doğru iten ve daha fazla maddenin düşmesini engelleyen bir radyasyon basıncı üretir. Sonuç olarak, kara delikler Eddington limiti adı verilen kendi kendini düzenleyen bir süreç tarafından sınırlanır.
Ancak, kara delikler bu sınırı geçici olarak aşabilir ve "süper-Eddington limiti"nde hızlı büyüme atakları yaşayabilir. Bu kozmik oburluğun birden fazla mekanizması olduğu öne sürülüyor. Örneğin, bir kara deliğin radyasyon basıncının yığılma oranını sınırlamadan önce kısa bir süre için Eddington limitinden daha hızlı madde tüketmesi tamamen mümkün olabilir.
Alternatif olarak, bir kara delik ekvatoru etrafındaki bir diskten madde tüketirken, dışarı doğru radyasyon basıncı kutuplardan maddeyi dışarı atabilir. Bu durumda, radyasyon basıncı madde akışını doğrudan engellemeyeceği için Eddington limitinin aşılmasına izin verebilir. Bu durumun çalışabileceği çeşitli geometriler var!
Süper-Eddington mekanikleri, süper kütleli kara deliklerin büyüme modellerini, erken evrene ait gözlemlerin artan kataloğuyla uzlaştırmaya yardımcı olabilir. James Webb Uzay Teleskobu'nun olağanüstü kızılötesi hassasiyeti sayesinde, süper kütleli kara deliklerin şaşırtıcı derecede hızlı ve şaşırtıcı derecede erken büyüdüğü ortaya çıktı ve tüm beklentileri altüst etti.
Peki, süper kütleli kara delikler bu kadar hızlı ve bu kadar büyümüş olabilir mi? Bazı bilim insanları, kozmik tarihteki ilk ve en büyük yıldızlar olan Popülasyon III yıldızlarının, 1000 veya daha fazla güneş kütlesinde kara delik "tohumları" üretmek için çöktüğünü öne sürüyor.
Ancak bu devasa tohumların bile, gözlemlenen boyutlarına ulaşmaları için 650 milyondan fazla yıl boyunca Eddington limitinde beslenmeleri gerekirdi. Bu başarı, başta olmak üzere gereken muazzam miktarda gaz gibi çeşitli nedenlerle imkansız görünebilir.
Kara Delik Büyümesini Hızlandırmak
Araştırmacılar, ID830'un büyüme oranını ultraviyole (UV) ve X-ışını dalga boylarındaki parlaklığını ölçerek hesapladılar. X-ışını parlaklığı, ID830'un, bir gök cismini parçalayıp yutmasıyla meydana gelmiş olabilecek ani bir gaz akışı nedeniyle, Eddington limitinin yaklaşık 13 katı hızında kütle yığdığını gösteriyor.
ID830 gibi süper kütleli bir kara delik için bu durum, normal bir yıldız yerine daha büyük bir dev yıldız veya devasa bir gaz bulutu gerektirirdi. Bu tür süper-Eddington evreleri inanılmaz derecede kısa olabilir, çünkü bu geçiş evresinin yaklaşık 300 yıl sürmesi bekleniyor.
ID830 ayrıca eş zamanlı olarak radyo ve X-ışını emisyonları sergiliyor. Bu iki özelliğin bir arada bulunması beklenmiyor, özellikle de süper-Eddington yığılmasının bu tür emisyonları bastırdığı düşünüldüğünden. Araştırmacılar, bu beklenmedik kombinasyonun, aşırı yığılma ve jet fırlatma modellerinin henüz tam olarak yakalayamadığı fiziksel mekanizmalara işaret ettiğini belirtiyor.
Dolayısıyla, ID830 devasa radyo jetleri fırlatırken, X-ışını emisyonları yığılma diskinden gelen yoğun manyetik alanların, yüksek enerjili parçacıkların ince ama türbülanslı, milyar derecelik bir bulutunu oluşturmasıyla üretilen bir korona adı verilen bir yapıdan kaynaklanıyor. Bu parçacıklar, NASA'nın "evrendeki en aşırı fiziksel ortamlardan biri" olarak adlandırdığı bu yapıda kara deliğin etrafında ışık hızına yakın hızlarda dönüyor.
Erken Galaksi Evrimi İçin Bir Çerçeve
ID830'un kural çiğneyen davranışları, aşırı tüketim ve atılımın nadir bir geçiş evresinde olduğunu gösteriyor. Bu inanılmaz beslenme patlaması, hem jetlerini hem de koronayı enerjiyle doldurarak, ID830'un fazla radyasyonu dışarı atarken birden fazla dalga boyunda parlak bir şekilde parlamasını sağlıyor.
Ek olarak, UV parlaklığı analizine dayanarak, ID830 gibi kuasarların beklenenden daha yaygın olabileceği belirtiliyor. Modeller, kuasarların yalnızca yaklaşık %10'unun muhteşem radyo jetlerine sahip olduğunu öngörüyor, ancak bu enerjik nesneler erken evrende daha önce öngörülenden önemli ölçüde daha bol olabilir.
En önemlisi, ID830, süper kütleli kara deliklerin erken evrende galaksi büyümesini nasıl düzenleyebileceğini de gösteriyor. Bir kara delik süper-Eddington limitinde madde yutarken, ortaya çıkan emisyonlardan gelen enerji, yıldızlararası ortamı ısıtabilir ve dağıtabilir, böylece yıldız oluşumunu baskılar. Sonuç olarak, ID830 gibi antik süper kütleli kara delikler, ev sahipleri olan galaksiler pahasına devasa boyutlara ulaşmış olabilir.
