Astronomlar, 13 milyar yıldan daha eski kuasarların çevresini inceleyerek şaşırtıcı bir keşfe imza attılar. MIT önderliğindeki ekip, James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanarak bu devasa kara delikleri çevreleyen galaksileri gözlemledi. Ancak bazı kuasarların beklenenin aksine kozmik komşuları yok gibi görünüyordu. Bu durum, bilim insanlarının bu kadar parlak ve büyük nesnelerin nasıl bu kadar erken evrende ortaya çıktığını sorgulamalarına neden oldu.
Kuasarlar, galaksilerin merkezindeki aktif süper kütleli kara deliklerden gelen aşırı parlak enerji kaynaklarıdır. Çevrelerindeki gaz ve tozu kendine çekip devasa miktarda enerji salarak evrenin en parlak objeleri arasında yer alırlar. Bu objeler, Büyük Patlama‘dan sadece birkaç yüz milyon yıl sonra bile gözlemlenmiş olup, bu kadar kısa sürede nasıl bu kadar büyük ve parlak hale geldikleri bilim insanları için büyük bir sır olarak kalmıştır.
Daha önce, bilim insanları en erken kuasarların, çevresinde daha küçük galaksilerin de oluştuğu aşırı yoğun bölgelerden çıktığını öne sürmüşlerdi. Ancak yeni çalışma, bazı kuasarların kozmik boşluklarda yalnız başına var olduğunu ortaya koydu. MIT’de fizik profesörü olan Anna-Christina Eilers, “Daha önceki inanışların aksine, bu kuasarların erken evrenin en yoğun bölgelerinde olmadığını görüyoruz. Bazıları gerçekten hiçbir şeyin ortasında gibi görünüyor” dedi. Bu gözlem, bilim insanlarının bu kuasarların etrafında onları besleyecek yeterli madde bulunmadığı halde nasıl bu kadar büyüyebildiğini açıklamakta zorlandığını gösteriyor.
Kuasarların yalnız görünmelerine rağmen kozmik tozla kaplanmış galaksilerle çevrili olma ihtimali de var. Eilers ve ekibi, kuasarların bu kadar hızlı büyümesini anlamak için bu tozun arkasını görebilmeyi umuyorlar.
Gökada Komşuları
Araştırmaya konu olan beş kuasar, bugüne kadar gözlemlenmiş en eski kuasarlar arasında yer alıyor ve 13 milyar yıldan daha eski oldukları düşünülüyor. Büyük Patlama’dan 600 ila 700 milyon yıl sonra oluşan bu süper kütleli kara delikler, Güneş’ten milyar kat daha büyük ve bir trilyon kat daha parlak. Bu aşırı parlaklık sayesinde her bir kuasarın ışığı, evrenin yaşı boyunca yol alarak JWST’nin hassas dedektörlerine ulaşabiliyor.
Eilers, “13 milyar yıl öncesinden gelen ışığı bu kadar ayrıntılı bir şekilde yakalayabilen bir teleskoba sahip olmamız inanılmaz bir şey. JWST, bu kuasarların büyüdüğü ortamı ve çevrelerini ilk kez incelememizi sağladı” dedi.
Araştırma ekibi, Ağustos 2022 ile Haziran 2023 arasında JWST tarafından çekilen görüntüleri (yukarıda en başta) analiz etti. Her bir kuasarın çevresi, bir dizi “mozaik” görüntü ile incelendi. Ekip, bu görüntüleri birleştirerek her kuasarın komşu galaksilerini belirlemeye çalıştı. Ayrıca, her kuasarın alanındaki ışığın farklı dalga boylarında ölçümlerini de yaparak hangi objelerin komşu galaksiler olduğunu ve bu galaksilerin merkezdeki kuasardan ne kadar uzakta olduklarını saptadılar.
Eilers, “Bu beş kuasarın tek farkı çevrelerinin bu kadar farklı görünmesi. Bir kuasarın çevresinde 50’ye yakın galaksi varken, bir diğerinin çevresinde sadece iki galaksi var. Bu, aynı evrende, aynı zamanda var olmalarına rağmen gözlemlenen beklenmedik bir durum” dedi.
Kara Deliklerin Büyümesi
Bu gözlemler, kara delik büyümesi ve galaksi oluşumuyla ilgili standart görüşü sorguluyor. Fizikçilerin, evrendeki ilk nesnelerin nasıl ortaya çıktığını anladığına dair en iyi teori, karanlık madde adı verilen bilinmeyen bir maddenin evrenin şekillenmesinde önemli bir rol oynadığıdır. Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra, karanlık madde, kozmik bir ağ oluşturarak gaz ve tozu kendine çekmiştir. Yoğun bölgelerde ise bu madde, daha büyük nesneler oluşturacak şekilde birikmiştir. Bu teoriye göre, en parlak ve en büyük nesneler, karanlık madde ağının en yoğun bölgelerinde, yani daha fazla küçük galaksinin de oluştuğu yerlerde meydana gelmeliydi.
Leiden Üniversitesi’nden çalışma yazarı Elia Pizzati, “Karanlık madde ağı, kozmolojik modelimizin sağlam bir öngörüsüdür ve sayısal simülasyonlarla ayrıntılı bir şekilde tanımlanabilir. Gözlemlerimizi bu simülasyonlarla karşılaştırarak, kuasarların bu ağdaki yerini belirleyebiliriz” diye ekledi.
Bilim insanları, kuasarların, Büyük Patlama’dan sonraki ilk milyar yıl içinde gözlemlendikleri zaman diliminde, bu kadar aşırı büyüklüğe ve parlaklığa ulaşabilmeleri için sürekli olarak çok yüksek yığılma oranlarına sahip olmaları gerektiğini düşünüyor.
Eilers, “Cevabını aradığımız asıl soru şu: Bu milyar güneş kütleli kara delikler, evren hâlâ çok gençken nasıl oluştu? Bu kadar erken bir evrede bu kadar büyük kütleye nasıl ulaştılar?” dedi.
Bu bulgular, fizikçilerin mevcut modellerinde önemli bir eksik parça olduğunu işaret ediyor. Yalnız kuasarlar, çevrelerinde karanlık madde veya yıldız ve galaksi oluşumu için gerekli malzeme olmadığını gösteriyor. Peki, bu kadar parlak ve büyük kuasarlar nasıl oluştu?
Eilers, “Sonuçlarımız, bu süper kütleli kara deliklerin nasıl büyüdüğüne dair hâlâ önemli bir eksik parçanın olduğunu gösteriyor. Eğer çevrelerinde büyümelerini sağlayacak yeterli malzeme yoksa, başka bir yol olmalı ve bunu henüz keşfetmedik” dedi.
Kaynak ve ileri okuma:
- Anna-Christina Eilers, Ruari Mackenzie, Elia Pizzati, Jorryt Matthee, Joseph F. Hennawi, Haowen Zhang, Rongmon Bordoloi, Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Rohan P. Naidu, Robert A. Simcoe, Minghao Yue, Carlos S. Frenk, John C. Helly, Matthieu Schaller, Joop Schaye. EIGER. VI. z ≳ 6’da Işıklı Kuasarların Korelasyon Fonksiyonu, Ana Halo Kütlesi ve Görev Döngüsü. Astrofizik Dergisi, 2024; 974 (2): 275 DOI: 10.3847/1538-4357/ad778b