Astronomlar, Eski Yalnız Kuazarlara Eşlik Eden Gizemleri Keşfediyor

MIT liderliğindeki bir çalışma, eski kuazarların evrende nasıl bu kadar hızlı ve büyük büyüyebildiğini sorgulayan önemli bulgular sunuyor. Kuazar, bir galaksinin merkezinde bulunan ve aktif bir süper kütleli kara delik barındıran son derece parlak bir çekirdek olarak tanımlanıyor. Kara delik, etrafındaki gaz ve tozu çekerek büyük miktarda enerji yayıyor; bu da kuazarları evrendeki en parlak nesneler haline getiriyor. Kuazarların, Büyük Patlama’dan birkaç yüz milyon yıl sonra gözlemlendiği bilinmekte, ancak bu nesnelerin bu kadar kısa bir kozmik zaman diliminde bu kadar parlak ve büyük hale nasıl geldiği bir muamma olarak kalıyordu.

Bilim insanları, ilk kuazarların aşırı yoğun ilkel madde bölgelerinden oluştuğunu ve bu bölgelerin kuazarların çevresinde birçok daha küçük galaksi ürettiğini öne sürmüştü. Ancak yeni bir MIT çalışmasında astronomlar, evrenin erken dönemlerinde yalnız görünen bazı antik kuazarları gözlemledi.

Astronomlar, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak 13 milyondan fazla yıl geriye, beş bilinen eski kuazarın kozmik çevresini incelemek için baktılar. “Kuazar alanları” olarak adlandırılan bölgelerde şaşırtıcı bir çeşitlilik buldular. Bazı kuazarlar, 50’den fazla komşu galaksi bulunan kalabalık alanlarda yer alırken, diğerleri yalnızca birkaç galaksinin bulunduğu boşluklarda sürükleniyordu.

MIT’de fizik yardımcı profesörü olan Anna-Christina Eilers, “Önceden inandığımızın aksine, bu kuazarların ortalama olarak en yüksek yoğunluklu bölgelerde bulunmadığını buluyoruz. Bazıları neredeyse hiçbiri olmayan bir yerde oturuyor gibi görünüyor,” diyor. “Eğer bu kuazarların çevresinde beslenebileceği önemli bir kaynak yoksa, bu kuazarların nasıl bu kadar büyük hale geldiğini açıklamak zor.”

Eilers ve meslektaşları, bu kuazarların görünüşte yalnız olmadıklarını, aksine yoğun toprak örtüsüyle gizlenmiş galaksilerle çevrili olabileceğini öne sürüyor. Ekip, kuazarların nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü anlamak için gözlemlerini bu kozmik tozdan geçerek incelemeyi planlıyor.

Eilers ve meslektaşları, bulgularını bugün Astrophysical Journal’da yayımladılar. MIT’nin diğer yazarları arasında postdoc Rohan Naidu ve Minghao Yue, MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nün direktörü Robert Simcoe ve Leiden Üniversitesi, Kaliforniya Üniversitesi Santa Barbara ve ETH Zürih gibi kurumlardan işbirlikçileri yer alıyor.

Galaktik Komşular

Yeni gözlemlenen beş kuazar, şimdiye kadar gözlemlenen en eski kuazarlar arasında yer alıyor. 13 milyondan fazla yıl yaşında olan bu nesnelerin, Büyük Patlama’dan 600 ila 700 milyon yıl sonra oluştuğu düşünülüyor. Kuazarları besleyen süper kütleli kara delikler, Güneş’in bir milyar katı ağırlığında ve bir trilyon kat daha parlaktır. Aşırı parlaklıkları sayesinde, her kuazardan yayılan ışık, evrenin yaşı boyunca ilerleyerek günümüzde JWST’nin hassas dedektörlerine ulaşabiliyor.

Eilers, “13 milyar yıl önceki ışığı bu kadar detaylı bir şekilde yakalayabilen bir teleskopa sahip olmamız gerçekten muazzam,” diyor. “Bu sayede, bu kuazarların büyüdüğü çevreyi ve komşuluklarını ilk kez görebiliyoruz.”

Ekip, 2022 Ağustos ile 2023 Haziran arasında JWST tarafından çekilen beş eski kuazarın görüntülerini analiz etti. Her bir kuazarı gözlemlemek için “mozaik” görüntülerden oluşan bir dizi, yani kuazarın alanının kısmi görüntüleri oluşturuldu ve ekip, her bir kuazarın çevresinin tamamını oluşturmak için bu görüntüleri bir araya getirdi.

Teleskop, ayrıca her kuazarın alanındaki ışığın birden fazla dalga boyundaki ölçümlerini aldı ve ekip, alandaki her nesnenin komşu bir galaksiden gelen ışık olup olmadığını ve bir galaksinin daha parlak merkezi kuazara ne kadar uzak olduğunu belirlemek için işleme tabi tuttu.

Eilers, “Bu beş kuazar arasında bulduğumuz tek fark, çevrelerinin çok farklı görünmesi,” diyor. “Örneğin, bir kuazarın etrafında neredeyse 50 galaksi varken, diğerinin sadece iki galaksisi var. Her iki kuazar da aynı boyut, hacim, parlaklık ve evrenin zaman dilimi içinde bulunuyor. Bunu görmek gerçekten şaşırtıcıydı.”

Büyüme Dönemleri

Kuazar alanlarındaki bu farklılık, kara deliklerin büyüme ve galaksi oluşumu hakkındaki standart anlayışa bir darbe indiriyor. Fizikçilerin, evrendeki ilk nesnelerin nasıl oluştuğu konusundaki en iyi anlayışına göre, kozmik bir karanlık madde ağı bu süreci belirlemeliydi. Karanlık madde, çevresiyle yalnızca yerçekimi aracılığıyla etkileşime giren henüz bilinmeyen bir madde türüdür.

Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra, erken evrenin, gaz ve tozu kendine çeken karanlık madde filamentleri oluşturduğu düşünülmektedir. Bu ağın aşırı yoğun bölgelerinde, madde birikerek daha büyük nesneler oluşturmuştur. En parlak ve en büyük erken nesneler, kuazarlar gibi, ağın en yüksek yoğunluklu bölgelerinde oluşmuş ve çok daha küçük galaksileri de beraberinde getirmiştir.

Leiden Üniversitesi’nden lisansüstü öğrenci Elia Pizzati, “Karanlık madde kozmik ağının, evrenin kozmolojik modelinin sağlam bir tahmini ve sayısal simülasyonlarla detaylandırılabilir,” diyor. “Gözlemlerimizi bu simülasyonlarla karşılaştırarak, kuazarların kozmik ağdaki konumlarını belirleyebiliriz.”

Bilim insanları, kuazarların gözlemlendikleri zaman diliminde aşırı kütle ve parlaklığa ulaşabilmek için sürekli yüksek akış oranları ile büyümeleri gerektiğini tahmin ediyor.

Eilers, “Bu milyar güneş kütleli kara deliklerin, evrenin hala çok, çok genç olduğu bir zamanda nasıl oluştuğunu anlamaya çalıştığımız ana soru,” diyor.

Ekip bulgularının daha fazla soruya yol açabileceğini belirtiyor. “Yalnız” kuazarlar, evrenin nispeten boş bölgelerinde yaşıyor gibi görünüyor. Eğer fizikçilerin kozmolojik modelleri doğruysa, bu ıssız bölgeler, yıldız ve galaksileri oluşturacak çok az karanlık maddeyi işaret ediyor. O halde, son derece parlak ve büyük kuazarlar nasıl var oldu?

Eilers, “Bulgularımız, bu süper kütleli kara deliklerin nasıl büyüdüğüne dair hâlâ önemli bir parçanın eksik olduğunu gösteriyor,” diyor. “Bazı kuazarların sürekli büyüyebilmesi için çevresinde yeterli malzeme yoksa, bu onların nasıl büyüyebileceği konusunda henüz çözmediğimiz başka bir yol olması gerektiği anlamına geliyor.”

Bu araştırma, kısmen Avrupa Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.

Bu yazı sciencedaily.com sitesinde yayınlanmıştır.