Gökbilimciler, günümüzün gelişmiş teleskopları sayesinde uzay ve zamanın derinlikleri hakkında her geçen gün yeni bulgulara ulaşıyorlar. Bu teleskoplar kullanılarak evrenin Büyük Patlama’dan bu yana nasıl evrimleştiği, ne gibi gizemlere tanıklık ettiği keşfediliyor. Bu gizemlerden biri ise galaksilerin evriminde, erken evrende oluşan süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğudur.
Uluslararası bir gökbilimci ekibi, ESO’nun Şili’de bulunan Çok Büyük Teleskop’unu (VLT) kullanarak gökadaların Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,5 milyar yıl sonra ortaya çıktığını gözlemledi. Gözlemlerde, şaşırtıcı bir şekilde süper kütleli kara delikler için yeterli bir “gıda kaynağı” sağlayabilecek büyük ve soğuk hidrojen gazı rezervleri bulundu. Bu sonuçlar, Kozmik Şafak olarak bilinen erken dönemde süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü açıklamaya yardımcı oluyor.
Süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğu şimdiye kadar bilinemiyordu:
Gökbilimciler, on yıllardır çoğu gökadanın merkezinde bulunan ve etkin galaksi çekirdekleri tarafından tanımlanan süper kütleli kara delikleri inceliyorlardı. Kuasar olarak da bilinen bu çekirdekler, galaksideki diğer yıldızların toplamından daha fazla enerji ve ışık yaymasıyla biliniyor. Bugüne kadar gözlemlenen en uzağı ise 13,1 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan “ULAS J1342+0928” kuasarıydı.
İlk yıldızların Büyük Patlama’dan (yaklaşık 13,8 milyar yıl önce) 100 bin yıl sonra oluştuğu göz önüne alınırsa, süper kütleli kara deliklerin de ilk yıldızların ölümünden sonra hızlı bir şekilde oluştuğu söylenebilir. Ancak şimdiye kadar gökbilimciler, evrenin başlarında yaşanan bu hızlı büyümeyi açıklamak için yeterince yüksek miktarda toz ve gaz bulamamışlardı.
Evrenin en büyük kuasar örneklerinden biri:
Bununla birlikte Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizisi ile yapılan önceki gözlemler, erken galaksilerin, hızlı yıldız oluşumunu tetikleyen çok fazla toz ve gaz içerdiğini ortaya koymuştu. Bu bulgular, kara delikleri beslemek için çok fazla malzeme kalmadığını ve bunun da bu kadar hızlı büyümelerinin gizemini derinleştirdiğini gösterdi.
Bu konuyu ele alan Farina ve ekibi, Çok Büyük Teleskop’un Çok Birimli Spektroskopik Kâşif (MUSE) aracı tarafından yaklaşık 12,5 milyar ışık yılı uzaklıktaki 31 kuasarı incelemek için toplanan verilere güveniyordu. (Böylece kuasarların 12,5 milyar yıl önce ne durumda oldukları gözlemlendi) Ekibin bulduğu genişletilmiş ve şaşırtıcı derecede yoğun hidrojen bulutları, bu incelemeyi evrenin erken dönemindeki en büyük kuasar örneklerinden biri yapıyor.
Bulunan hidrojen bulutları, karakteristik özellikleriyle tanımlandılar:
Bulunan hidrojen bulutları, UV ışığında karakteristik parıltılarıyla tanımlandı (Kozmik genişleme nedeniyle ışığın dalga boyunun uzandığı yerde toprağa bağlı teleskoplar parıltıyı kırmızı olarak algılar). Farina bu durumu şu şekilde açıklıyor: “Parlayan gaz için en olası açıklama floresans mekanizmasıdır. Hidrojen, kuasarın enerji açısından zengin radyasyonunu, bir ışıltı ile fark edilebilen belirli bir dalga boyuyla ışığa dönüştürür.”
Güneş'in kütlesinin birkaç milyar katı olan bu serin ve yoğun hidrojen bulutları, merkezi kara deliklerden 100 bin ışık yılı boyunca uzanan ilk galaksilerin etrafında haleler oluşturdu. Normalde, bu bulutları kuasarların çevresinde tespit etmek oldukça zordur. Ancak Farina’nın “oyun değiştirici” olarak nitelendirdiği MUSE’nin hassasiyeti sayesinde ekip bunları oldukça hızlı bir şekilde tespit edebildi.
Çalışmaya katkıda bulunan Max Planck Topluluğu araştırmacılarından Alyssa Drake, bu konuyu şu şekilde açıklıyor: “Mevcut çalışmalarla, ilk süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı gelişebildiğini araştırmaya yeni başladık. Ancak MUSE ve gelecekteki James Webb Uzay Teleskobu gibi yeni enstrümanlar bu heyecan verici bulmacaları çözmemize yardımcı oluyor.”
Gaz haleleri, büyümeyi sürdürmek için ‘gıda kaynağı’ sağlıyordu:
Ekip, bu gaz halelerinin sıkı sıkıya bağlı olduğunu ve hem 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 kara deliklerin nasıl var olabileceğinin gizemine dair etkili bir fikir ortaya koyuyor. Faira, bu konuyu şu sözlerle özetliyor:
“İlk 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.”
Gökbilimciler, gelecekte erken evrende galaksileri ve süper kütleli kara delikleri incelemek için daha da gelişmiş araçlara sahip olacaklar. Buna ESO’nun Aşırı Büyük Teleskop’u (ELT) ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) gibi uzay tabanlı teleskopları örnek gösterebiliriz.