Gökbilimciler, Evren oldukça gençken oluşan son derece eski süper kütleli kara delikler buluyorlar. Ancak, Evrenin kendisi sadece bir yürümeye başlayan çocukken bir kara deliğin nasıl bu kadar büyük bir boyuta ulaşacağına şaşkındılar.
Gökbilimciler, Büyük Patlama'dan yarım milyar yıl sonra bu canavar kara deliklerinin oluşmasına izin veren benzersiz bir koşullar seti buldular. Olağandışı bir yoğun radyasyon kaynağı “doğrudan çökmeli kara delikler” olarak adlandırılanı yarattı.
Bulgu üzerinde birkaç gökbilimciyle birlikte çalışan Teksas Üniversitesi Austin'deki Volker Bromm, “Bu kozmik bir mucize,” dedi. “Koşulların oluşması için doğru olan evren tarihinde sadece zaman.”
Karadeliklerin nasıl oluştuğuna dair geleneksel anlayış, son derece büyük bir yıldızın çöktüğü ve kara delik “tohumlarının” çevrelerinden gaz çekerek ve daha küçük kara deliklerin birleşmesiyle çöküşten inşa edildiği toplanma teorisi olarak adlandırılır. Ancak bu süreç uzun sürüyor, bu hızla kara deliklerin oluşmasından çok daha uzun sürüyor. Ayrıca, erken evrende, süper kütleli karadeliklerin devasa boyutlarına kadar büyümeleri için gereken miktarda gaz ve toz yoktu.
Yeni bulgular, bunun yerine, ilk kara deliklerin bir kısmının, bir gaz bulutu çöktüğünde doğrudan oluştuğunu ve büyük bir yıldızın oluşumu ve daha sonra imha edilmesi gibi diğer ara aşamaları atladığını göstermektedir.
Tabii ki, herhangi bir kara delik gibi, bu “doğrudan çöküş” kara delikleri görülemez. Ancak genç evrende tespit edilen yüksek ışıklı kuasarlara güç sağlamak için ihtiyaç duyuldukları için varlıklarına dair güçlü kanıtlar vardı. Bir kuasarın büyük parlaklığı, süper kütleli bir kara deliğe yayılan, milyonlarca dereceye kadar ısınan ve Evren boyunca işaretler gibi parlayan jetler yaratan maddeden gelir. Ancak birikim teorisi aşırı uzak kara delikleri ve dolayısıyla genç evreni açıklamadığından, gökbilimciler de kuasarları açıklayamadılar. Buna “quasar tohum problemi” denir.
Harmm-Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden Bromm ile çalışan Avi Loeb, “Erken evrende gözlemlenen kuasarlar, normal bebeklerle dolu bir doğum odasında dev bebeklere benziyor,” dedi. “Biri merak ediyor: bu dev bebekleri besleyen çevre hakkında özel olan nedir? Genellikle Samanyolu gibi yakın gökadalardaki soğuk gaz deposu çoğunlukla yıldız oluşumu ile tüketilir. ”
Ancak 2003'te Bromm ve Loeb, yıldız oluşumundan başka türlü engelleyici enerji girdilerini bastırarak, süper kütleli bir tohum kara deliği oluşturmak için erken bir galaksi elde etmek için teorik bir fikir ortaya attılar. Süreci “doğrudan çöküş” olarak adlandırdılar.
Bromm, “Ultraviyole radyasyon denizinde boğulmuş“ ilkel bir hidrojen ve helyum bulutu ile başlayın ”dedi. “Bu bulutu bir karanlık madde halesinin yerçekimi alanında eziyorsun. Normalde, bulut soğuyabilir ve yıldızlar oluşturmak için parçalanabilir. Bununla birlikte, ultraviyole fotonlar gazı sıcak tutar, böylece herhangi bir yıldız oluşumunu bastırır. Bunlar istenen, mucizeye yakın koşullar: parçalanma olmadan çök! Gaz gittikçe daha kompakt hale geldikçe, sonunda büyük bir kara delik için koşullara sahipsiniz. ”
Bu kozmik koşullar dizisinin sadece çok erken evrende var olduğu görülüyor ve bu süreç bugün galaksilerde gerçekleşmiyor.
Teorilerini test etmek için Bromm, Loeb ve meslektaşları Aaron Smith, COSMOS adı verilen Hubble Uzay Teleskobu araştırmasıyla Big Bang'den sonra 1 milyar yıldan daha az bir süre içinde olduğu tespit edilen CR7 adlı bir galaksi üzerinde çalışmaya başladı.
Lizbon Üniversitesi'nden David Sobral, K7 ve VLT de dahil olmak üzere dünyanın en büyük yer tabanlı teleskoplarıyla CR7'nin takip gözlemlerini yapmıştı. Bunlar, CR7'den gelen ışık imzasındaki son derece sıra dışı bazı özellikleri ortaya çıkardı. Özellikle, Lyman-alfa hidrojen hattı beklenenden birkaç kat daha parlaktı. Dikkat çekici bir şekilde, spektrum da alışılmadık derecede parlak bir helyum çizgisi gösterdi.
"Bu kaynak ne kullanıyorsa, çok sıcak - helyumu iyonize edecek kadar sıcak," dedi Smith, yaklaşık 100.000 santigrat derece.
Spektrumdaki bu ve diğer olağandışı özellikler, ya ilkel yıldız kümesi ya da doğrudan çökme ile oluşan süper kütleli bir kara delik olabileceği anlamına geliyordu.
Smith her iki senaryo için de simülasyonlar yürüttü ve yıldız kümesi senaryosu “muhteşem bir şekilde başarısız oldu” diyen Smith, doğrudan çökme kara delik modeli iyi performans gösterdi.
Ayrıca, bu yılın başlarında araştırmacılar, bu olası kara delik tohumlarını tanımlamak için Chandra X-ışını Gözlemevi, Hubble Uzay Teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu'ndan birleştirilmiş verileri kullanıyor. İki nesne buldular, her ikisi de kızılötesi verilerdeki teorik profille eşleşti. (makalelerini buradan okuyun.)
Görünüşe göre gökbilimciler “bu model üzerinde birleşiyor” dedi Smith, kuasar tohumu problemini ve erken kara delik muamelesini çözmek için.
Bizi izlemeye devam edin.
Bromm, Loeb ve Smith’in çalışmaları Royal Astronomical Society'nin Monthly Notices dergisinde yayınlandı.
Kaynaklar:
RAS, Harvard-Smithsonian CfA, NASA'nın bu yılın başlarında doğrudan çökme kara delikleri tespitine yönelik basın açıklaması.
