Astronomi dünyasının uzun süredir çözmeye çalıştığı bir gizem, evrenin erken dönemlerinde süper kütleli kara deliklerin neden bu kadar hızla oluştuğu sorusu, yeni bir simülasyonla aydınlanabilir. Üstelik bu çalışma, James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) gözlemlediği gizemli "küçük kırmızı noktaların" ne olabileceğine dair de ipuçları sunuyor.
Evrenin derinliklerinde, neredeyse her galaksinin çekirdeğinde görünmez devler barınır: süper kütleli kara delikler. Bu devasa nesneler, evrenin doğumundan kısa bir süre sonra ortaya çıktı ve güneşin kütlesinin milyonlarca, hatta milyarlarca katına hızla ulaştı. Gökbilimciler uzun süredir, bu süper kütleli kara deliklerin bu kadar kısa sürede nasıl bu kadar büyüdüğünü merak ediyordu.
2022 yılında, evrenin uzak köşelerinde keşfedilen "küçük kırmızı noktalar" bu gizemi daha da karmaşıklaştırdı. JWST'nin uzak evrene ait görüntülerinde beklenmedik bir şekilde beliren bu minik kırmızı kürelerin doğası yoğun tartışmalara yol açtı. Artık yüzlerce benzer gözlem yapılmışken, birçok bilim insanı bu noktaların büyümekte olan süper kütleli kara delikler olabileceğini düşünüyor.
Ancak sorun şu ki, bu kırmızı noktalar gökbilimcilerin düşündüğünden daha erken bir zamanda ortaya çıkıyor ve erken dönem süper kütleli kara delikleri açıklama zorluğunu daha da artırıyor. Gözlemler, küçük kırmızı noktaların çoğunlukla evrenin yaklaşık 600 milyon yaşında olduğu zamanlarda parladığını ve sonraki bir milyar yıl içinde söndüğünü gösteriyor (süper kütleli kara delikler günümüzde hala varlığını sürdürüyor, ancak artık küçük kırmızı noktalar gibi ışık saçmıyorlar).
Yeni bir çalışma, bu muazzam nesnelerin erken oluşumunu, aşırı yoğun yıldız kümelerinin birleşmesi yoluyla açıklamaya çalışıyor.
Eksik Parça
Pek çok kişi, süper kütleli kara deliklerin bu kadar hızlı oluşmasının fizik yasalarına aykırı olacağını düşünüyordu. Ancak yeni bir çalışma, çarpışan yıldız kümelerinin, evrenin ilk birkaç yüz milyon yılı içinde yeni bir fiziğe gerek kalmadan süper kütleli kara deliklerin doğuşuna nasıl yol açabileceğini açıklıyor.
Yapılan çalışma lideri, yoğun yıldız kümelerinin evrilerek merkezlerinin ara kütleli kara delik tohumlarını oluşturabileceği bir yol sunduğunu belirtiyor. Günümüzde süper kütleli kara delik tohumlarının oluşumu için üç ana fikir bulunduğunu ekliyor: gaz bulutlarından doğrudan çökme, ilk yıldızların kalıntıları ve yoğun yıldız kümeleri. Bu yeni çalışma, sonuncusunu güçlü bir şekilde destekliyor.
Araştırmacılar, kozmolojik simülasyonlar kullanarak evrenin ilk 700 milyon yıllık tarihini yeniden canlandırdılar ve tek bir cüce galaksinin oluşumuna odaklandılar. Sanal galaksilerinde, soğuk gaz bulutlarının karanlık madde halesi içinde çökmesiyle kısa ve patlayıcı yıldız oluşum dalgaları yaşandı. Garcia'nın beklediği gibi tek bir yıldız patlaması ve ardından sürekli bir yıldız oluşumu yerine, iki büyük yıldız doğum turu gerçekleşti. Tüm yıldız sürüsü, Noel ağacı ışıkları gibi parlayarak hayata geldi.
Araştırmacının belirttiğine göre, erken evren inanılmaz derecede kalabalık bir yerdi. Gaz bulutları daha yoğundu, yıldızlar daha hızlı oluşuyordu ve bu ortamlarda kütleçekiminin yıldızları bu sıkıca bağlı sistemlere toplamasının doğal olduğunu söylüyor.
Bu kümeler başlangıçta galaksiye dağılmışlardı ancak bir girdabın içine akan su gibi merkeze doğru düştüler. Orada birleşerek, bir nükleer yıldız kümesi (galaksinin merkezi anlamına gelen nükleus adı verildiği için) adı verilen bir mega kümeyi oluşturdular. Genç galaktik kalp, bir milyon güneşin ışığıyla parladı ve bir süper kütleli kara deliğin oluşumu için zemin hazırlamış olabilir.
Simülasyonu daha kesin hale getirmek için basit bir ayarlama yapılması gerekiyordu. Hesaplanabilirliği kolaylaştırmak için çoğu simülasyonun basitleştirildiğini ancak bunun gerçekçilikten ödün verdiğini söylüyor. Araştırmacılar, yıldız oluşumunun sabit bir hızda değil, yerel koşullara bağlı olarak değişmesine izin veren geliştirilmiş bir model kullandılar.
Bir süper bilgisayar tesisi kullanılarak, altı ayda bir MacBook'ta 12 yıl sürecek bir hesaplama tamamlandı. Gaz bulutlarının %80'ine kadarını yıldızlara dönüştürmesi, günümüzde yakın galaksilerde görülen tipik %2'lik orana kıyasla çok yüksek bir orandı. Bulutlar, karşılıklı kütleçekimleri tarafından bir arada tutulan yeni doğmuş yıldız kümeleriyle parlayarak, evrenin çok erken dönemlerinde süper kütleli kara deliklerin oluşumu için yeni bir yol aydınlattı.
Tavuk mu, Yumurta mı?
Kendi galaksimiz de dahil olmak üzere çoğu galaksi, süper kütleli bir kara deliğin etrafında yer alan bir nükleer yıldız kümesi tarafından desteklenir. Ancak ikisi arasındaki bağlantı biraz bulanıktı: canavar kara delik mi oluştu ve yıldızları kendine mi çekti, yoksa küme mi kara deliği ortaya çıkardı?
Simülasyon, ikinci hipotezi destekliyor. Sonunda, çok yoğun kümedeki birçok yıldız patladı ve geride kara delikler bıraktı, bu kara delikler de daha da derinlere, galaksinin kalbine indi.
Yıldız kümesinin merkezine göç eden tüm yıldız kütleli kara deliklerin, daha büyük nükleer yıldız kümesi içinde kendi inanılmaz derecede yoğun, kütleçekimsel olarak bağlı kümesini oluşturduğu belirtiliyor. Bu yoğun "karanlık çekirdek" içinde, kara delikler o kadar yakın ki birleşmeler kaçınılmaz hale geliyor. Bir kara delik diğeriyle, (şimdi daha büyük olan) yeni kara delik üçüncüsüyle ve böylece devam ediyor. Bu kaçak kara delik birleşme süreci, süper kütleli bir kara delik embriyosuna yol açabilir.
Bulgular, önceki teorik çalışmaları doğruluyor. Çok erken kozmik dönemlerde oluşan bu yoğun nükleer yıldız kümelerinin özelliklerini görmek çok umut verici olduğu belirtiliyor. Bu kümelerin, teorik olarak öne sürülen kara delik tohumlarının oluşumu ve hızlı büyümesi için inkübatör görevi görebileceği ifade ediliyor.
Simülasyon ayrıca, evrenin doğumundan sırasıyla 460 ve 600 milyon yıl sonra bulunan yıldız kümeleri gibi JWST'nin bazı şaşırtıcı gözlemlerini de açıklamaya yardımcı olabilir. Gelecekteki gözlemler, erken yıldız kümelerini süper kütleli kara delikler ve küçük kırmızı noktalarla daha net bir şekilde ilişkilendirebilir.
Bu heyecan verici simülasyon çalışmasının önümüzdeki yıllarda JWST verileriyle doğrudan karşılaştırmaya olanak tanıyacağı belirtiliyor. Uzayda bir kütleçekimsel dalga dedektörü yerleştirecek bir görev, erken nükleer yıldız kümelerinde birleşen bu kara delikleri tespit edebilir. Farklı görevlerden gelen gözlemlerin birleştirilmesiyle, kozmosun en erken ışıklarının en karanlık devlerini nasıl dövdüğünün tam hikayesi yakında ortaya çıkabilir.
The Open Journal of Astrophysics, 2025. DOI: 10.33232/001c.145064
