Gökbilimciler, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile evrenin en uzak noktalarındaki yapılar üzerine yaptığı gözlemlerde, şimdiye kadar görülen en uzak süperkütleli kara deliği keşfetmiş olabileceklerini duyurdu. GHZ2 galaksisinde yer alan bu devasa nesne, öylesine uzakta bulunuyor ki, bilim insanları onu Büyük Patlama'dan yalnızca 350 milyon yıl sonrası haline tanıklık ediyor.
Daha önce halkla paylaşıma açılan ve henüz hakem denetiminden geçmemiş bir araştırmada, JWST'nin Yakın Kızılötesi Tayfölçer ve Orta-Kızılötesi Cihazı'ndan elde edilen gözlemler kullanıldı. Bu cihazlar geniş bir dalga boyu aralığını kapsayarak, uzayın genişlemesiyle kızılötesine doğru kaymış olan uzak galaksiden yayılan morötesi ve görünür ışığı tespit edebiliyor.
Araştırmanın baş yazarı, Teksas Üniversitesi'nde Astronomi Bölümü doktora öğrencisi Oscar Chavez Ortiz, konuya ilişkin açıklamasında, "GHZ2, evrenin henüz çok genç olduğu bir dönemde var oluyor ve bu da süperkütleli bir kara delik ile ev sahibi galaksinin birlikte büyümesi için oldukça kısa bir zaman tanıyor. Yakın evrende kara delikler ve galaksiler açıkça birlikte evrimleşir, ancak bu kadar erken bir dönemde böyle bir sistemin tespit edilmesi, süperkütleli kara deliklerin bu kadar hızlı nasıl kütle kazandığına dair soruları gündeme getiriyor." dedi.
Chavez Ortiz'e göre, bu süperkütleli kara deliklerin bu kadar erken oluşumuna dair iki temel hipotez bulunuyor: Ya olağanüstü hızlı büyüyen 'hafif tohumlar' ya da büyük kütlelerle başlayıp avantaj elde eden 'ağır tohumlar'.
Işık Bantlarının Sırları
GHZ2'nin 2022'de rapor edilen keşfinden bu yana, gökbilimciler JWST ile birçok uzak galaksi keşfetti. Ancak GHZ2, spektrumunun belirli atomlar veya iyonlar tarafından belirli dalga boylarında salınan parlak ışık bantları olan 'salım çizgileri' açısından oldukça yoğun olmasıyla öne çıkıyor. Bu çizgiler, GHZ2'yi besleyen süreçler hakkında ipuçları taşıyor.
Araştırmanın ortak yazarlarından, Massachusetts Üniversitesi Amherst'te Astronomi Bölümü yardımcı doçenti Jorge Zavala, "Yüksek iyonlaşma gerektiren, yani üretilmesi bol enerji gerektiren salım çizgileri gözlemliyoruz." diye belirtti.
Zavala, gaz iyonlaşmasının (atomların elektron kazanıp kaybetmesiyle gazın ısınması) mevcut anlayışının büyük ölçüde yakındaki yıldız oluşum bölgelerine dayandığını ve genellikle bu yoğun yüksek iyonlaşma çizgilerini hesaba katmadığını açıkladı. Bu çizgiler ve aralarındaki ilişki sıklıkla, merkezlerinde aktif olarak beslenen kara delikler barındıran ve çok daha enerjik radyasyon içeren aktif galaksi çekirdeklerinde (AGN) gözlemleniyor.
Üç elektronunu kaybetmiş, yani üçlü iyonlaşmış karbon atomlarından gelen C IV λ1548 salım çizgisi, önemli bir ipucu oldu. Chavez Ortiz, "Üç elektronu çıkarmak, yalnızca yıldızlarla elde edilmesi oldukça zor, aşırı yoğun bir radyasyon alanı gerektirir." dedi. Bir AGN, doğal olarak bu tür yüksek enerjili fotonlar üretir. Bu çizginin gücü, GHZ2'nin aktif olarak beslenen bir kara deliğe ev sahipliği yapıyor olabileceğini güçlü bir şekilde düşündürdü ve araştırmacıları derinlemesine bir analiz yapmaya teşvik etti.
Karma Bir Sistem
GHZ2, mevcut modelleri zorlayan sıra dışı bir sistem olduğu için, araştırmacıların onun eşsiz davranışını eşleştirmek ve hem yıldızların hem de AGN'nin galaksinin ışığına katkılarını anlamak için detaylı modeller geliştirmesi gerekti. Bu süreç, modellerin galaksinin özelliklerini doğru bir şekilde temsil ettiğinden emin olmak için tekrarlanan test ve iyileştirmeleri içeriyordu.
Analizleri, görünür ışık spektral çizgilerinin yalnızca yıldız oluşumuyla açıklanabileceğini, ancak özellikle güçlü karbon çizgisinin bir AGN'nin varlığını gerektirdiğini ortaya koydu. Bu bulgu, galaksinin ışığının bir kısmının aç bir süperkütleli kara delikten gelen katkıları gösterdiğini düşündürdü.
Ancak Zavala, GHZ2'nin bir AGN'nin bazı diğer göstergelerinden yoksun olduğunu belirtti. Bu durum, galaksinin büyük ölçüde yıldızlar tarafından besleniyor olabileceği anlamına geliyor; eğer bu yıldızlar Güneş'in kütlesinin yüz ila bin katı kütleye sahip süper kütleli yıldızlarsa ya da GHZ2'deki yıldız oluşumu şu anda anladığımızdan çok farklı gerçekleşiyorsa.
Başka bir olasılık da, galaksinin ışığının bir kısmının normal yıldızlardan, bir kısmının ise süper kütleli yıldızlar veya bir AGN gibi daha egzotik kaynaklardan gelmesidir.
AGN aktivitesini daha da doğrulamak için araştırmacılar, bazı salım çizgilerinin daha yüksek çözünürlüklü tayflarını toplamak üzere daha fazla JWST gözlemi yapmayı planlıyor. Ek olarak, Atacama Büyük Milimetrik/alt-Milimetrik Dizisi'nden elde edilecek ve uzak kızılötesi tayf çizgilerini kapsayan gözlemler, veri setinin hassasiyetini artırabilir.
Eğer doğrulanırsa, GHZ2 şimdiye kadar tespit edilen en uzak süperkütleli kara deliğe ev sahipliği yapacak. Bu galakside AGN aktivitesinin belirtilerini tespit etmek, Büyük Patlama'dan sadece birkaç yüz milyon yıl sonra, kara delik oluşumu ve büyümesinin rekabet eden 'hafif tohum' ve 'ağır tohum' modellerini test etmek için nadir bir doğal laboratuvar sunuyor.
