Erken Evrenin ‘En Hızlı Beslenen’ Kara Deliği Bulundu!

Fizik Yasalarını İhlal Ediyor Mu?

Yeni keşif, süper kütleli kara deliklerin kökenine ışık tutabilir.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Chandra X-ışını Gözlemevi’nin iş birliğiyle, erken evrende bilinen en aç gözlü kara delik keşfedildi. Bu kara deliğin aç gözlülüğü, sadece 12 milyon yıl içinde yedi milyon Güneş kütlesinden fazla madde yutmasına olanak sağladı ve teorik olarak belirlenen maksimum büyüme hızını aştı. Bu, kara deliklerin erken evrende neden bu kadar hızlı büyüdüğüne dair bazı açıklamalar sunuyor.

Uluslararası Gemini Gözlemevi’nden çalışmaya katılan Julia Scharwächter, “Bu kara delik büyük bir ziyafet çekiyor” dedi.

Erken kara delik kütlesi problemi, yıllardır astronomların kafasını kurcalıyordu. JWST ve önceki Hubble Uzay Teleskobu, erken evrende yüz milyonlarca, bazen milyarlarca Güneş kütlesine sahip kara delikler keşfetmişti. Ancak bu kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğü ve bu kadar büyük hale geldiği hala bilinmiyordu. Şimdi ise, JWST ve Chandra sayesinde, bu kara deliklerin hızla nasıl büyüdüğünü gözlemleyebildik.

Keşfedilen kara delik, LID-568 olarak kataloglandı ve Big Bang’den sadece 1,5 milyar yıl sonra, erken evrende bulunduğumuz halini gözler önüne seriyor. Kara delik, Chandra’nın uzak evrende ışık yayan X-ışını nesnelerini incelediği bir araştırmada keşfedildi. X-ışınları, kara deliğe çekilen gazın bir yan ürünü olarak ortaya çıkıyor ve bu gaz, bir anda yutulamadığında birikerek ısınan bir disk oluşturuyor. Bu disk, X-ışını yayacak kadar ısındığında kara deliğe düşen maddeyi izliyoruz.

Ancak bir kara deliğin yutabileceği madde miktarı konusunda teorik bir sınır olduğu söyleniyor. Bu sınıra “Eddington Limiti” denir ve İngiliz astrofizikçisi Sir Arthur Eddington tarafından tanımlanmıştır. Eddington Limiti, kara deliğe düşen madde miktarı ile bu maddeden kaynaklanan radyasyonun birbirini dengeleme sürecini açıklar. Bu, geri besleme (feedback) olarak bilinir ve belirli bir accretion (yutma) hızının üzerinde, geri besleme o kadar büyür ki accretion’ı durdurur.

Ancak, International Gemini Gözlemevi’nden Hyewon Suh tarafından LID-568 üzerinde yapılan incelemelerde, kara delikten 500-600 kilometre/saat hızla çıkışlar ölçüldü. Bu, X-ışınlarının beklenenden çok daha parlak olmasının yanı sıra, kara deliğin çok hızlı bir şekilde madde çekmesinin de bir sonucu olarak hesaplanan geri beslemenin Eddington limitinin 40 katı kadar büyük olduğunu gösterdi.

Peki, bu kara delik fizik yasalarını ihlal mi ediyor?

Zorunlu değil. Eddington limitinin üzerindeki “süper-Eddington” accretion, kısa bir süre için devam edebilir, ancak geri besleme, kara deliğin yuttuğu maddeleri uzaklaştırarak accretion’ı durdurur. Bu tür süper-Eddington accretion daha önce de gözlemlenmiş ve süper kütleli kara deliklerin hızlı büyümesini açıklayan bir mekanizma olarak önerilmişti. LID-568 ise şimdiye kadar bulunmuş en iyi ve en açık örnek.

Scharwächter, “Bu aşırı örnek, Eddington limitinin üzerindeki hızlı beslenme mekanizmasının, erken evrende bu kadar ağır kara delikleri neden gördüğümüze dair olası açıklamalardan biri olduğunu gösteriyor” dedi.

Kara delik, başlangıçta bir “tohum” olarak yaşamına başlamış olmalı. Bu tohumların nasıl oluştuğu konusunda farklı teoriler var; örneğin, büyük yıldızların öldüklerinde geride bıraktığı yıldız kütlesindeki kara delikler (bu tür tohumlar “hafif” tohumlar olarak adlandırılır), ya da büyük bir gaz bulutunun doğrudan yerçekimiyle çökerek orta büyüklükte bir kara delik oluşturması (bu tür tohumlar ise “ağır” tohumlar olarak adlandırılır). Suh ve Scharwächter’in yaptığı modellemeler, LID-568’in muhtemelen 100 Güneş kütlesinde bir kara delik olarak yaşamına başladığını ve bu büyüme sürecine 12 milyon yıl önce başladığını gösteriyor. Kara delik şu anda dev bir moleküler gaz bulutunu tüketiyor.

Suh, “Süper-Eddington accreting kara deliklerin keşfi, kütle büyümesinin büyük bir kısmının tek bir hızlı beslenme bölümünde gerçekleşebileceğini ve kara deliğin hafif ya da ağır tohumlardan doğmuş olmasının fark etmeden bu büyümenin olabileceğini gösteriyor” dedi.

Bu hızlı beslenme süreci sonsuza kadar devam etmeyecek; sonunda Eddington limiti galip gelecek. Şu anda LID-568’in kütlesi 7,2 milyon Güneş kütlesiyle, Samanyolu galaksisinin merkezindeki kara delik olan Sagittarius A*’ın 4,1 milyon Güneş kütlesine kıyasla daha büyük. Ancak, süper-Eddington accretion periyodik olabilir; uzaklaştırılan ısınmış gaz soğuyarak tekrar kara deliğe düşebilir. LID-568 belki de akşam yemeğini bitiriyor, ama tatlı biraz daha yakın olabilir.

Yeni çalışma, 4 Kasım 2024’te Nature Astronomy dergisinde çevrimiçi yayımlandı.