Bilinen en eski aktif kara delik bulundu: Bu keşif her şeyi değiştirir

Evrenin tarihi, bizi şaşırtmaktan hiç vazgeçmeyen bir dizi keşiften oluşur. Gökbilimciler zamanda biraz daha geriye baktıklarında, önceki fikirlerimize meydan okuyan bir şey bulurlar. Son zamanlarda, James Webb Uzay Teleskobu bu hikayeye beklenmedik bir gelişme daha ekledi: Şimdiye kadar doğrulanan en eski aktif kara deliğin tespiti. Bu keşif, bilim insanlarına cevaplardan çok soru bıraktı ve bizi evrendeki ilk büyük nesnelerin nasıl ortaya çıktığını yeniden düşünmeye zorladı.

Gökbilimciler, 13,3 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan CAPERS-LRD-z9 adlı küçük bir galaksinin merkezinde , evren henüz 500 milyon yaşındayken var olan aktif bir süper kütleli kara delik tespit etti. The Astrophysical Journal Letters'da yayınlanan bu keşif, yalnızca erken evrenin haritasını genişletmekle kalmıyor, aynı zamanda  galaksi oluşumu ve kara deliklere dair mevcut modellere de ciddi zorluklar getiriyor.

Gökyüzünde kırmızı bir nokta

Bugün CAPERS-LRD-z9 olarak bildiğimiz şey, James Webb Teleskobu'nun en eski galaksileri keşfetme misyonunun bir parçası olan CAPERS programından elde edilen verilerde kırmızımsı bir ışık noktası olarak başladı. "Küçük Kırmızı Nokta" lakabıyla anılması, bu tür nesnelerin yoğun ve kızıl görünümlerine işaret ediyor. Başlangıçta bu kırmızı noktalar bir gizemdi: O dönemin tipik galaksileri olamayacak kadar parlak ve kırmızıydılar.

Anthony J. Taylor liderliğindeki ekip, spektrumunu analiz ettiğinde net bir işaret tespit etti:  3 bin 500 km/s'den fazla genişliğe sahip, çok geniş bir hidrojen emisyon çizgisi; büyüyen kara deliklere sahip aktif galaktik çekirdekler için tipik bir özellik. Yazarlara göre, "Dar çizgiler ve geniş bir hidrojen emisyon çizgisinin birleşimi, CAPERS-LRD-z9'un z = 9.288'de bir BLAGN olduğunu açıkça gösteriyor."

Bu tür çizgiler, diğer sinyallerle birlikte, ancak süper kütleli bir kara deliğe doğru çok yüksek bir hızla düşen gazın varlığıyla açıklanabilir ; bu da onun aktif doğasını ve muazzam bir enerji salınımını doğrular.

Bu kadar kısa bir süre için çok büyük bir kara delik

En büyük sürprizlerden biri kara deliğin boyutuydu: Araştırmacılar, Güneş'in kütlesinin 300 milyon katına kadar çıkabileceğini tahmin ediyor; bu, hayal edilmesi zor ve çok daha büyük ve yaşlı galaksiler için tipik bir rakam. Bu tahmin, çevredeki gazın yaydığı ışığın ayrıntılı bir analizine dayanıyor. Her ne kadar bir miktar belirsizlik olsa da, olası değerler birkaç milyon ila birkaç yüz milyon Güneş kütlesi arasında değişiyor; bu da evrenin henüz oluşmaya başladığı dönemde var olan bir nesne için hala olağanüstü.

Bu gerçek sorunludur. Eğer kara delikler büyük kütleli yıldızların çöküşüyle oluşup kademeli olarak büyüyorsa,  evren henüz yeni başlarken bu kadar büyük bir kara delik nasıl var olabilirdi?  Mevcut modeller, bu kadar kısa sürede böyle bir boyuta ulaşabilmesi için, halihazırda çok büyük bir kütleye sahip bir çekirdekle başlamasını veya Eddington hızı adı verilen teorik sınırın çok üzerinde, aşırı hızlarda büyümesini gerektiriyor.

Yazarların açıkladığı gibi, "Bu gözlemler, ya çok büyük kütleli bir tohum kara deliğinin ya da süper-Eddington birikim olayları geçiren daha hafif bir kara deliğin gerekli olduğunu gösteriyor."

Ev sahibi galaksi: küçük, yoğun ve kızıl

CAPERS-LRD-z9 yalnızca devasa bir kara deliğe ev sahipliği yapmakla kalmıyor. Tahmini yıldız kütlesi 10⁹ güneş kütlesinden az olan ve görünüşe göre  yoğun bir nötr gaz kabuğuyla çevrili son derece küçük bir galaksi. Bu kalın gaz, galaksinin kırmızımsı görünümünü anlamak için çok önemli. Çalışmada kullanılan modellere göre, bu yoğun zarf ışığı emip yeniden yayarak alışılmadık derecede güçlü bir "Balmer kırılması " yaratabiliyor. Bu kırılma genellikle eski yıldız popülasyonlarıyla ilişkilendirilir, ancak bu durumda farklı bir kökene sahip gibi görünüyor:  kara deliğin radyasyonunun çevredeki gazla etkileşimi.

Spektrumunun yapısı, kara delikten gelen ışık ile olası çok zayıf bir yıldız bileşeninin birleşimini akla getiriyor. Kara deliğin kütlesinin galaksideki yıldızların kütlesine oranı olağanüstü değerlere ulaşıyor: Yüzde 4,5'un üzerinde, yakın evrendeki galaksilerde ise bu oran yaklaşık yüzde 0,1.

Karanlık tohumlar ve hızlandırılmış büyüme

CAPERS-LRD-z9 vakası, astrofizikte temel bir tartışmayı yeniden gündeme getiriyor:  İlk süper kütleli kara delikler nasıl doğuyor?  İki ana senaryo var. Bir yandan, yaklaşık 100 güneş kütlesine sahip ve yavaş büyüyen ilk yıldızların kalıntıları olan "hafif tohumlar". Diğer yandan, büyük, parçalanmamış gaz bulutlarının doğrudan çökmesiyle oluşacak ve 10⁵ güneş kütlesine kadar ilk kara deliklerin oluşmasına yol açacak olan "ağır tohumlar".

CAPERS-LRD-z9'u açıklamak için, her iki seçenek de bir tür hızlandırılmış büyüme olmadan yetersiz görünüyor. Makalenin yazarlarına göre, bir kara deliğin radyasyon basıncıyla yavaşlatılmadan yutabileceği madde miktarını belirleyen Eddington sınırının üzerinde sürekli bir büyüme, bu kadar kısa sürede muazzam boyutunu açıklayabilir. Diğer bir seçenek ise, başlangıçtaki çekirdeğinin zaten olağanüstü derecede büyük olması ve bu da erken Evren'deki yapı oluşumu hakkındaki fikirlerimizi gözden geçirmemiz gerektiği anlamına geliyor.

Yeni bir galaksi türü: Küçük Kırmızı Noktalar

CAPERS-LRD-z9 , Webb teleskobunun hassasiyeti sayesinde tespit edilen ve "Küçük Kırmızı Noktalar" olarak bilinen yeni ortaya çıkan bir nesne sınıfına ait. Bu nesneler, kompakt, son derece kırmızı ve kızılötesinde çok parlak olmalarıyla dikkat çekiyor. Çalışmayı yayınlayan ekibe göre, JWST tarafından erken Evren'de keşfedilen aktif çekirdeklerin yüzde 30'u kadarı bu kategoriye ait olabilir.

Küçük Kırmızı Noktalar fenomeni beklentileri altüst etti çünkü şimdiye kadar  evrenin bu kadar erken bir döneminde bu kadar çok aktif çekirdek beklenmiyordu. Daha da önemlisi, parlaklıkları yıldızlardan değil, yoğun gazla çevrili kara deliklerin büyümesinden kaynaklanıyor gibi görünüyor. Bu yeni galaksi türü,  galaksilerin evriminde erken ve kısa bir aşamayı temsil ediyor olabilir.

Çalışma ekibi olası bir evrimi bile öne sürüyor: İlk olarak bir LRD aşaması, ardından gazın dağıldığı, kara deliğin açığa çıktığı ve galaksinin bir kuasar veya daha geleneksel bir galaktik çekirdeğe dönüştüğü bir aşama.

Peki ya ultraviyole ışık yıldızlardan gelmiyorsa?

Özellikle ilgi çekici bir nokta, CAPERS-LRD-z9'da gözlemlenen morötesi ışımanın doğasıdır. Başlangıçta, spektrumun bu kısmının genç yıldızlardan kaynaklandığı varsayılıyordu. Ancak spektrum  analizi, bu ışığın yıldız dışı bir kökene, belki de kara deliğin kendisinden, çevredeki gaz tarafından saçılarak da kaynaklanabileceğini gösteriyor. Eğer bu doğrulanırsa, galaksinin yıldız kütlesi tahmin edilenden daha da küçük olacak ve bu da kara deliğin, ev sahibine kıyasla orantısız bir şekilde daha büyük kütleli olmasına yol açacak.

İlgili çalışmanın linki: Anthony J. Taylor, Vasily Kokorev, Dale D. Kocevski, Hollis B. Akins, Fergus Cullen ve diğerleri. CAPERS-LRD-z9: z = 9.288'de Geniş Çizgili Aktif Bir Galaktik Çekirdeğe Ev Sahipliği Yapan Gazla Örtülü Küçük Kırmızı Nokta. The Astrophysical Journal Letters , 989:L7 (18 sayfa), 10 Ağustos 2025.

Bu tür tutarsızlıklar modele karmaşıklık katıyor ve  ilk galaksileri ve çekirdeklerini şekillendiren süreçler hakkında ne kadar az şey bildiğimizi ortaya koyuyor.