Bugünün teleskoplarının büyük ölçüde geliştirilmiş yetenekleri sayesinde, gökbilimciler kozmosa daha derinlemesine ve zaman içinde daha fazla araştırma yapıyorlar. Bunu yaparak, Evrenin Büyük Patlama'dan bu yana nasıl evrimleştiği hakkında uzun zamandır devam eden gizemlere hitap edebildiler. Bu gizemlerden biri, galaksilerin evriminde, erken Evren'de oluşan süper kütleli karadeliklerin (SMBHs) nasıl oluştuğudur.
ESO’nun Şili'deki Çok Büyük Teleskopunu (VLT) kullanarak, uluslararası bir gökbilimciler ekibi, gökadaları Big Bang'den (yaklaşık 12,5 milyar yıl önce) yaklaşık 1,5 milyar yıl sonra göründüğü için gözlemledi. Şaşırtıcı bir şekilde, SMBH'ler için yeterli bir “gıda kaynağı” sağlayabilecek büyük soğuk hidrojen gazı rezervuarları gözlemlediler. Bu sonuçlar, Kozmik Şafak olarak bilinen dönemde SMBH'lerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü açıklayabilir.
Ekip, Max Planck Astronomi Enstitüsü'nden (MPIA) Dr. Emanuele Paolo Farina ve Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden (MPA) yönetildi. Hem MPIA hem de MPA, Avrupa Güney Gözlemevi (ESO), UC Santa Barbara, Arcetri Astrofizik Gözlemevi, Bologna Astrofizik ve Uzay Bilimleri Gözlemevi ve Max Planck Dünya Dışı Fizik Gözlemevi (MPEP) araştırmacıları tarafından katıldı.
Gökbilimciler on yıllardır çoğu gökadanın merkezinde bulunan ve Aktif Galakik Çekirdekleri (AGN) tarafından tanımlanan SMBH'leri inceliyorlar. Kuasar olarak da bilinen bu çekirdekler, galaksideki diğer yıldızların toplamından daha fazla enerji ve ışık yayabilir. Bugüne kadar gözlemlenen en uzak mesafe 13.1 milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan ULAS J1342 + 0928'dir.
İlk yıldızların Big Bang'den (yaklaşık 13.8 milyar yıl önce) 100.000 yıl sonra oluştuğu tahmin edilirse, SMBH'lerin ilk yıldızlardan ölmek üzere hızlı bir şekilde oluşmaları gerektiği anlamına gelir. Ancak şimdiye kadar, gökbilimciler evrenin başlarında bu hızlı büyümeyi açıklamak için yeterince yüksek miktarda toz ve gaz bulamamışlardı.
Ek olarak, Atacama Büyük Milimetre / milimetre-altı Dizisi (ALMA) ile yapılan önceki gözlemler, erken galaksilerin hızlı yıldız oluşumunu tetikleyen çok fazla toz ve gaz içerdiğini ortaya koydu. Bu bulgular, kara delikleri beslemek için çok fazla malzeme kalmayacağını ve bu da çok hızlı büyüdüklerinin gizemini derinleştirdiğini gösterdi.
Bunu ele almak için Farina ve meslektaşları, VLT'nin Çok Birim Spektroskopik Kaşif (MUSE) aracı tarafından yaklaşık 12.5 milyar ışıkyılı uzaklıkta 31 kuasar araştırmak için toplanan verilere güveniyordu (böylece 12.5 milyar yıl önce neye benzediklerini gözlemlediler). Bu, anketlerini Evrenin bu erken dönemindeki en büyük kuasar örneklerinden biri yapar. Buldukları 12 genişletilmiş ve şaşırtıcı derecede yoğun hidrojen bulutlarıydı.
Bu hidrojen bulutları, UV ışığında karakteristik parıltılarıyla tanımlandı. Kırmızıya kaymanın mesafesi ve etkisi göz önüne alındığında (kozmik genişleme nedeniyle ışığın dalga boyunun uzandığı yerde), toprağa bağlı teleskoplar parıltıyı kırmızı ışık olarak algılar. Farina'nın bir MPIA basın bülteninde açıkladığı gibi:
“Parlayan gaz için en olası açıklama flüoresans mekanizmasıdır. Hidrojen, kuasarın enerji açısından zengin radyasyonunu, bir parıltı tarafından fark edilen belirli bir dalga boyuyla ışığa dönüştürür.”
Güneş'in kütlesinin birkaç milyar katı olan serin, yoğun hidrojen bulutları, merkezi karadeliklerden 100.000 ışık yılı boyunca uzanan ilk galaksilerin etrafında haleler oluşturdu. Normalde, bu bulutları kuasarların çevresinde (yoğun olarak parlak olan) tespit etmek oldukça zordur. Ancak Farina'nın “bir oyun değiştirici” olarak nitelendirdiği MUSE enstrümanının hassasiyeti sayesinde ekip bunları oldukça hızlı buldu.
Çalışmaya da katkıda bulunan ÇSED araştırmacısı Alyssa Drake'in dediği gibi:
“Mevcut çalışmalarla, ilk süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı gelişebileceğini araştırmaya başladık.. Ancak MUSE ve geleceğin James Webb Uzay Teleskobu gibi yeni enstrümanlar bu heyecan verici bulmacaları çözmemize yardımcı oluyor.”
Ekip, bu gaz halelerinin galaksilere sıkı sıkıya bağlı olduğunu ve hem hızlı yıldız oluşumunu hem de süper kütleli kara deliklerin büyümesini sürdürmek için mükemmel bir “gıda kaynağı” sağladığını buldu. Bu gözlemler, Evren tarihinde bu kadar erken dönemde süper kütleli karadeliklerin nasıl var olabileceğinin gizemini etkili bir şekilde çözmektedir. Farina'nın özetlediği gibi:
“Artık ilk kez, ilkel galaksilerin çevrelerinde hem süper kütleli kara deliklerin büyümesini hem de güçlü yıldız oluşumunu sürdürmek için yeterli yiyeceğe sahip olduklarını gösterebiliyoruz.. Bu, gökbilimcilerin 12 milyar yıl önce kozmik yapıların nasıl oluştuğunu resmetmek için inşa ettikleri bulmacanın temel bir parçasını ekliyor.”
Gelecekte, gökbilimciler, erken evrende galaksileri ve SMBH'leri incelemek için daha da gelişmiş araçlara sahip olacaklar, bu da eski gaz bulutları hakkında daha fazla ayrıntı ortaya koymalıdır. Buna ESO’nun Aşırı Büyük Teleskopu (ELT) ve James Webb Uzay Teleskopu (JWST) gibi uzay tabanlı teleskoplar da dahildir.
Ekibin bulgularını açıklayan çalışma, 20 Aralık tarihinde Astrofizik Dergisi.
