Gökbilimciler keşfetti “Toz yırtılmış süper kütleli kara delikler” Erken evrende, Big Bang’den 1 milyar yıl sonra – daha önce tespit edilen bir nesne türü.
Ehime Üniversitesi’nden bilim adamları ve Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi (NAOJ) de dahil olmak üzere uluslararası bir araştırma ekibi, önce Subaru teleskopu ile aday galaksileri belirledi ve daha sonra James Webb Uzay Teleskopu (JWST) ile, çevrili konuyu tüketirken kuasar olarak parlayan süper kütleli siyah deliklere ev sahipliği yaptı.
Bu, erken evrende böyle gizli ama parlak kuasarların ilk keşfini işaret ederek parlak kuasarların daha önce düşünüldüğü gibi en az iki kat daha yaygın olduğunu ortaya koyuyor. Çalışma şurada yayınlandı Astrofizik Dergisi.
Arka plan
Mevcut evrende, Big Bang’den 13,8 milyar yıl sonra, neredeyse tüm galaksiler merkezlerinde süper kütleli kara deliklere ev sahipliği yapıyor ve kitleler güneşin milyonlarca katını aşıyor. Bu kara delikler çoğu zaman uykuda kalır, ancak çevreleyen maddeyi toplarken, güçlü radyasyon yayarlar ve kuasar adı verilen güçlü nesneler haline gelirler.
Bir kuasardan gelen yoğun radyasyonun, galaksinin içindeki gazı kovarak ev sahibi galaksisinin büyümesini ve evrimini önemli ölçüde etkilediğine inanılmaktadır. Galaksiler görünür evrenin evrimini izlerken, süper kütleli kara delikleri anlamak, evrenin bugün gördüğümüz formda nasıl şekillendiğini deşifre etmek için çok önemlidir.
Evrende süper kütleli kara deliklerin oynadığı kilit rol olmasına rağmen, nasıl oluştuklarına dair temel bir gizem var. Birçok süper kütleli kara delik, büyük patlamadan 1 milyar yıl sonra zaten bulundu, bu da oluşumlarının daha önce bile gerçekleşmesi gerektiğini ima ediyor. Bu nedenle, quasarlar için kapsamlı aramalar, bazen “Kozmik Dawn,” Evren 1 milyar yaşından küçükken.
Formasyon mekanizmalarını anlamanın önemli bir ipucu, sayı yoğunluğudur – yani, birim alan hacmi başına süper kütleli kara deliklerin sayısı. Eğer sayı yüksekse, muhtemelen birinci nesil yıldızların kalıntıları olarak nispeten ve yaygın olarak oluşmuş olmalıdırlar. Tersine, düşük bir yoğunluk, kendi kendine yerçekimi nedeniyle büyük nesnelerin doğrudan çökmesi, başlangıç kara delikleri oluşturma gibi özel koşullar altında oluşumu önerecektir.
Süper kütleli bir kara delik bir kuasar olarak aktif olduğunda, o kadar parlak bir şekilde parlar ki, evrenin önceki zamanlarına karşılık gelen, büyük mesafelerde bile tespit edilebilir. Quasar Light’da bir “geniş emisyon hattı,” Doppler etkisi ile merkezi kara delik çevresindeki yüksek hızda yörüngede yörüngedeki etkisi ile genişletilir (aşağıdaki şek. bkz. Böyle geniş bir emisyon çizgisini tespit etmek, bir galakside aktif bir süper kütleli kara deliğin kesin bir işaretidir.
ABD ve Avrupalı araştırmacılar tarafından yönetilen araştırma gruplarının daha önceki çalışmaları, bu yöntemi Kozmik Şafak’ta Quasars’ı keşfetmek için kullandı. Bu çalışmadaki araştırma ekibi, Subaru teleskopunu kullanarak çabaya katıldı ve 200’den fazla kuasar keşfetti.
Bununla birlikte, geleneksel araştırmalar gözlemsel teknolojiye bağlı sınırlamalarla karşı karşıya: Kuasarlar, yayıldıkları ultraviyole ışık kullanılarak tanımlanmıştır – bu da yeryüzünden görünür ışık olarak görünen (aşağıdaki Şekil) bir marker olarak. Ultraviyole ışık tozla kolayca emilir ve birçok galaksi önemli miktarda toz içerir.
Bir Quasar böyle bir galakside bulunduğunda, ultraviyole ışığı büyük ölçüde emilir ve bize ulaşmaz. Bu, geleneksel anketlerde keşfedilen Quasar’ların gerçek nüfusun sadece bir kısmını temsil ettiği ve daha fazlası tozla gizlenmiş olduğu şüphesine yol açmıştır.
Gizli kuasarları gözlemlemek
Araştırma ekibi, Subaru Telescope (HSC-SSP) üzerinde Hyper Supime-CAM ile yapılan geniş alan araştırmasında keşfedilen en parlak galaksilere odaklandı. Bu galaksiler başlangıçta kuasarlar ararken bulundu, ancak o sırada geniş bir emisyon hattı tespit edilmediğinden, kuasar olarak kabul edilmedi.
Yine de, güçlü bir enerji kaynağının belirtileri, ekibin 10 yıldan fazla bir süredir gizli kuasarların mevcut olabileceğinden şüphelenmesine yol açmıştı. JWST’nin lansmanı bir oyun değiştiriciydi. Ekip, ilk kez, dünyaya kızılötesi ışığa ulaşan bu galaksilerden görünür ışığı gözlemleyebilir – onları ultraviyole ışığı engelleyecek tozdan görmelerine izin verebilir (yukarıdaki şek. Bkz.
Gözlemler, Temmuz 2023’ten Ekim 2024’e kadar JWST’de NIRSPEC spektrografı ile gerçekleştirildi ve Subaru teleskopu tarafından keşfedilen en parlak galaksilerin 11’ini hedef aldı. Bunlardan yedisi, bir kuasarın bir anlatımı olan geniş emisyon çizgilerini açıkça göstermektedir (aşağıdaki Şekil.). Bu, toz shrouded kuasarların varlığını doğrular. Bunlar, Kozmik Şafak’ta keşfedilen ilk toz gözlemli aydınlık kuasarlar.
Kozmik Şafak’ta tozdan kaçınmış kuasarlar için birkaç olası aday daha önce bildirilmiştir. Ancak, geniş bir emisyon hattı tespit edilmediğinden sonuçsuz kalırlar. Son JWST gözlemleri, “Küçük kırmızı noktalar,” Birçoğu geniş emisyon hatları gösteriyor.
Bunların kara deliklere ev sahipliği yaptıkları düşünülmektedir, ancak daha önce erken evrende keşfedilen kuasarlardan çok daha zayıftır. Buna karşılık, bu çalışma kozmik şafakta geleneksel kuasarlar kadar aydınlık olan, ancak çevredeki tozları tarafından karartılmış ilk süper kütleli kara delik örneklerini ortaya çıkarmıştır.
Spektrumlara daha yakından bakıldığında, bu kuasarların birkaç trilyon güneşe eşdeğer enerji yaydığını ve birkaç milyar güneşin kitleleri olan kara deliklerle güçlendirildiğini ortaya koydu. Bu değerler, kozmik şafaktan bilinen sıradan, ihmal edilmemiş kuasarlarla karşılaştırılabilir. Ekip ayrıca, tozun görünür ışığın yaklaşık% 70’ini ve bu kuasarlardan ultraviyole ışığın neredeyse hepsini (% 99.9) emdiğini ve bu da önceki araştırmalarda neden kaçırıldıklarını açıkladı.
Kuasarların sayı yoğunluklarını karşılaştırarak, ekip toz gözlemlenen kuasarların en azından daha önce bilinen, geleneksel kuasarlar kadar yaygın olduğu sonucuna varmıştır. Bu, erken evrendeki parlak kuasar sayısının daha önce düşündüğünün en az iki katı olduğu anlamına gelir.
Bu çalışmaya liderlik eden Ehime Üniversitesi’nden Dr. Yoshiki Matsuoka, belirtiyor, “Bu keşif sadece iki güçlü teleskopun benzersiz kombinasyonu ile mümkün oldu. Subaru teleskopunun geniş ve hassas araştırması, nadir, aydınlık galaksileri tespit etmemizi sağladı ve JWST, gizli quasarlardan hafif kızılötesi ışığı yakalayabildi. Bu, ‘Subaru Teleskop ile Discover, James Webb ile Keşfet’ yaklaşımının ne kadar etkili olabileceğini gösteriyor.”
Gelecekteki Beklentiler
Ekip, gelecekteki araştırmalar için iki ana yön öngörüyor. İlk olarak, temelde geleneksel olanlardan farklı olup olmadıklarını görmek için belirsiz kuasarları takip etmeyi planlıyorlar. JWST spektrumları, kara deliklerin yakınındaki fiziksel koşulları ortaya çıkaran çeşitli elementlerden emisyon hatları içerir. Ayrıca ev sahibi galaksileri ayrıntılı olarak incelemek için Alma teleskopunu kullanmayı planlıyorlar.
İkincisi, ekip, erken evrendeki süper kütleli kara deliklerin tam popülasyonunu ortaya çıkarmak için gizli kara deliklerin aranmasını daha az parlak olanlar da dahil olmak üzere daha geniş bir galaksiler de dahil olmak üzere genişletmeyi amaçlıyor. Zaten onaylanmış yeni bir JWST programı var ve yaklaşan gözlemlerin önümüzdeki yılın başlarında başlaması planlanıyor.
