Bu evreni terk etmenin kaç yolu var?
Belki de en bilinen çıkış bir yıldızın ölümüdür. 1939’da, Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nden fizikçi J. Robert Oppenheimer ve öğrencisi Harlan Snyder, yeterince büyük bir yıldızın termonükleer yakıtı bittiğinde içe doğru çökeceğini ve sonsuza kadar çökmeye devam edeceğini, böylece uzay, zaman ve ışığın kısıtlanacağını öngördüler. kendi etrafında, şimdi kara delik olarak adlandırılan şeyin içinde.
Ancak bir kara deliğin oluşması için ölü bir yıldızın gerekmeyebileceği ortaya çıktı. Bunun yerine, en azından erken evrende, büyük ilkel gaz bulutları doğrudan kara deliklere çökmüş ve böylece milyonlarca yıl boyunca yıldızlı gökyüzünü atlamış olabilir.
Bu geçici sonuca yakın zamanda Büyük Patlama’dan kısa süre sonra gelen bir ışık noktası olan UHZ-1’i inceleyen bir grup gökbilimci tarafından ulaşıldı. Aslında UHZ-1, 13,2 milyar yıl önce, evrenin henüz 500 milyon yıl kadar genç olmadığı bir zamanda, devasa bir kara delikten ateş ve X ışınları saçan güçlü bir kuasardır (veya öyleydi).
Kozmik açıdan bakıldığında, yıldızların çökmesi ve yıldız birleşmeleri sonucu oluşmuş böylesine büyük bir kara delik için bu alışılmadık derecede erken bir zaman. Yale’de astronom olan ve Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan bir makalenin baş yazarı olan Priyamvada Natarajan ve meslektaşları, UHZ-1’de süper kütleli kara delik galaksisi veya OBG Esasen adını verdikleri yeni bir gökyüzü türü keşfettiklerini iddia ediyorlar. OBG, çok hızlı büyüyen bir kara deliğin demir attığı genç bir galaksidir.
Bu erken gelişmiş kuasarın keşfi, gökbilimcilerin onlarca yıldır kendilerini şaşırtan ilgili gizemi çözmelerine yardımcı olabilir. Modern evrende görülebilen hemen hemen her galaksinin merkezinde, güneşten milyonlarca ve milyarlarca kat daha büyük süper kütleli bir kara delik bulunuyor gibi görünüyor. Bu canavarlar nereden geldi? Sıradan kara delikler bu kadar hızlı büyümüş olabilir mi?
Dr. Natarajan ve meslektaşları, UHZ-1’in ve onunla birlikte muhtemelen birçok süper kütleli kara deliğin ilkel bulutlar olarak oluştuğunu ileri sürüyor. Bu bulutlar, süper kütleli kara delik galaksilerinin büyümesini hızlandıracak kadar vaktinden önce ağır olan çekirdeklere çökmüş olabilir. Bunlar, gördüğümüz evrenin, karanlığın görünmez geometrisi tarafından yönetildiğinin bir başka hatırlatıcısıdır.
“İlk OBG adayı olarak UHZ-1, erken evrende doğrudan çöküş yoluyla ağır başlangıç çekirdeklerinin oluşumuna dair ikna edici kanıtlar sağlıyor” diye yazdı Dr. Natarajan ve meslektaşları. Bir e-postada şunları ekledi: “Doğa, yıldız ölümünün ötesinde birçok yönden sütyen tohumları yaratıyor gibi görünüyor!”
Chicago Üniversitesi’nde kara delikler üzerine çalışan teorisyen Daniel Holz şunları söyledi: “Eğer bu doğruysa, Priya son derece heyecan verici bir kara delik buldu.”
Şöyle ekledi, “Çok büyük ve çok erken. Bu, bir anaokulu sınıfına bakmak gibi ve beş yaşındaki çocukların arasında 150 pound ağırlığında ve/veya 1,80 boyunda bir tane var.”
Gökbilimcilerin evrenin evrimi hakkında anlattıkları hikayeye göre, ilk yıldızlar Büyük Patlama’dan arta kalan hidrojen ve helyum bulutlarından yoğunlaşmıştır. Sıcak ve hızlı bir şekilde yandılar, hızla patladılar ve Güneş’in kütlesinin on ila yüzlerce katı kadar kara deliklere dönüştüler.
Çağlar boyunca, daha önceki yıldızların küllerinden birbirini takip eden yıldız nesilleri ortaya çıktı ve bu da evrenin kimyasını zenginleştirdi. Ve onların ölümlerinden arta kalan kara delikler birleşmeye ve bir şekilde galaksilerin merkezlerinde süper kütleli kara deliklere dönüşmeye devam etti.
İki yıl önce Noel’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu’nun amacı bu fikri test etmekti. Çapı 21 feet olan uzaydaki en büyük aynaya sahiptir. Daha da önemlisi, evrendeki en uzak ve dolayısıyla en eski yıldızların ışığından gelen kızılötesi dalga boylarını kaydetmek için tasarlandı.
Ancak yeni teleskop gökyüzüne çevrildiğinde, kozmologların beklentilerine meydan okuyacak kadar büyük ve parlak yeni galaksiler tespit etti. Son yıllarda bu gözlemlerin aslında uzun süredir devam eden evren modelini tehdit edip etmediği konusunda hararetli tartışmalar yaşanıyor. Model, evreni görünür maddeden, galaksileri bir arada tutan yerçekimini sağlayan şaşırtıcı miktardaki “karanlık maddeden” ve bu galaksileri birbirinden ayıran “karanlık enerjiden” oluşan bir yapı olarak tanımlıyor.
UHZ-1’in keşfi bu tartışmalarda bir dönüm noktasını temsil ediyor. Heykeltıraş takımyıldızındaki devasa bir galaksi kümesinin James Webb Uzay Teleskobu tarafından gelecekte gözlemlenmesine hazırlık yapan Dr. Natarajan’ın ekibi NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nde zaman istedi. Kümenin kütlesi yerçekimsel bir mercek gibi davranarak uzay ve zamanda çok geride olan nesneleri büyütür. Araştırmacılar merceğin X-ışını görüntüsünde neler ortaya çıkarabileceğine dair bir fikir edinmeyi umuyorlardı.
Güneş’ten yaklaşık 40 milyon kat daha büyük, süper kütleli bir kara delik tarafından desteklenen bir kuasar buldular. Webb Teleskobu’ndan yapılan diğer gözlemler, onun 13,2 milyar ışıkyılı uzaklıkta olduğunu doğruladı. (Heykeltıraş kümesi yaklaşık 3,5 milyar ışık yılı uzaktadır.) Evrende şimdiye kadar bulunan en uzak ve en eski kuasardı.
Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden Akos Bogdan bir basın açıklamasında, “Bu oldukça uzak galaksiyi bulmak için Webb’e ve süper kütleli kara deliğini bulmak için Chandra’ya ihtiyacımız vardı” dedi. “Aynı zamanda tespit ettiğimiz ışık miktarını artıran kozmik bir büyüteç de kullandık.”
Sonuçlar, süper kütleli kara deliklerin Büyük Patlama’dan 470 milyon yıl kadar erken bir zamanda var olduğunu gösteriyor. Bu, 10 ila 100 güneş kütlesine sahip ilk nesil yıldızların yarattığı kara deliklerin bu kadar büyümesine izin vermek için yeterli değil.
Daha da büyük kara delikler yaratmanın başka bir yolu var mıydı? 2017 yılında Dr. Natarajan, çöken ilkel gaz bulutlarının Güneş’in kütlesinin 10.000 katından daha fazla kara delikler oluşturabileceğini öne sürdü.
“O zaman onlardan birinin daha sonra bu genç, erken gelişmiş kara deliğe dönüştüğünü hayal edebilirsiniz” dedi Dr. Odun. Sonuç olarak şunu belirtti: “Evrenin tarihinin sonraki her noktasında her zaman şaşırtıcı derecede büyük kara delikler olacaktır.”
Dr. Natarajan şunları söyledi: “Bunların yaşamlarının başlangıcında süper kütleli oldukları gerçeği, bunların muhtemelen sonunda süper kütleli kara deliklere dönüşeceklerini ima ediyor.” Ancak bunun nasıl çalıştığını kimse bilmiyor. Kara delikler, erken dönem kuasar UHZ-1’in kütlesinin yüzde 10’unu oluştururken, görüntüsü yayınlandığında kara deliği 6,5 ağırlığında olan dev Messier 87 gibi modern galaksilerin kütlesinin yüzde binde birinden daha azını oluşturuyorlar. Event Horizon Teleskobu tarafından 2019 yılında çekilen bu yıldızın yaklaşık bir milyar güneş kütlesi vardı.
Bu, karmaşık çevresel geri bildirim etkilerinin bu galaksilerin ve kara deliklerin büyümesine ve evrimine hakim olduğunu, yıldız ve gaz kütlelerinin artmasına neden olduğunu gösteriyor.
“Yani aslında bu son derece erken dönem OBG’ler, tohum fiziği hakkında daha sonraki büyüme ve evrimden çok daha fazla bilgi aktarıyor ve aydınlatıyor” dedi Dr. Natarajan. Şöyle ekledi: “Her ne kadar önemli sonuçları olsa da.”
Dr. Holz, “Olanlar ortaya çıksaydı kesinlikle harika olurdu, ama ben gerçekten agnostiğim” dedi ve ekledi: “İlk büyük kara deliklerin gizemini nasıl çözersek çözelim, büyüleyici bir hikaye olacak.”
Belki de en bilinen çıkış bir yıldızın ölümüdür. 1939’da, Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nden fizikçi J. Robert Oppenheimer ve öğrencisi Harlan Snyder, yeterince büyük bir yıldızın termonükleer yakıtı bittiğinde içe doğru çökeceğini ve sonsuza kadar çökmeye devam edeceğini, böylece uzay, zaman ve ışığın kısıtlanacağını öngördüler. kendi etrafında, şimdi kara delik olarak adlandırılan şeyin içinde.
Ancak bir kara deliğin oluşması için ölü bir yıldızın gerekmeyebileceği ortaya çıktı. Bunun yerine, en azından erken evrende, büyük ilkel gaz bulutları doğrudan kara deliklere çökmüş ve böylece milyonlarca yıl boyunca yıldızlı gökyüzünü atlamış olabilir.
Bu geçici sonuca yakın zamanda Büyük Patlama’dan kısa süre sonra gelen bir ışık noktası olan UHZ-1’i inceleyen bir grup gökbilimci tarafından ulaşıldı. Aslında UHZ-1, 13,2 milyar yıl önce, evrenin henüz 500 milyon yıl kadar genç olmadığı bir zamanda, devasa bir kara delikten ateş ve X ışınları saçan güçlü bir kuasardır (veya öyleydi).
Kozmik açıdan bakıldığında, yıldızların çökmesi ve yıldız birleşmeleri sonucu oluşmuş böylesine büyük bir kara delik için bu alışılmadık derecede erken bir zaman. Yale’de astronom olan ve Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan bir makalenin baş yazarı olan Priyamvada Natarajan ve meslektaşları, UHZ-1’de süper kütleli kara delik galaksisi veya OBG Esasen adını verdikleri yeni bir gökyüzü türü keşfettiklerini iddia ediyorlar. OBG, çok hızlı büyüyen bir kara deliğin demir attığı genç bir galaksidir.
Bu erken gelişmiş kuasarın keşfi, gökbilimcilerin onlarca yıldır kendilerini şaşırtan ilgili gizemi çözmelerine yardımcı olabilir. Modern evrende görülebilen hemen hemen her galaksinin merkezinde, güneşten milyonlarca ve milyarlarca kat daha büyük süper kütleli bir kara delik bulunuyor gibi görünüyor. Bu canavarlar nereden geldi? Sıradan kara delikler bu kadar hızlı büyümüş olabilir mi?
Dr. Natarajan ve meslektaşları, UHZ-1’in ve onunla birlikte muhtemelen birçok süper kütleli kara deliğin ilkel bulutlar olarak oluştuğunu ileri sürüyor. Bu bulutlar, süper kütleli kara delik galaksilerinin büyümesini hızlandıracak kadar vaktinden önce ağır olan çekirdeklere çökmüş olabilir. Bunlar, gördüğümüz evrenin, karanlığın görünmez geometrisi tarafından yönetildiğinin bir başka hatırlatıcısıdır.
“İlk OBG adayı olarak UHZ-1, erken evrende doğrudan çöküş yoluyla ağır başlangıç çekirdeklerinin oluşumuna dair ikna edici kanıtlar sağlıyor” diye yazdı Dr. Natarajan ve meslektaşları. Bir e-postada şunları ekledi: “Doğa, yıldız ölümünün ötesinde birçok yönden sütyen tohumları yaratıyor gibi görünüyor!”
Chicago Üniversitesi’nde kara delikler üzerine çalışan teorisyen Daniel Holz şunları söyledi: “Eğer bu doğruysa, Priya son derece heyecan verici bir kara delik buldu.”
Şöyle ekledi, “Çok büyük ve çok erken. Bu, bir anaokulu sınıfına bakmak gibi ve beş yaşındaki çocukların arasında 150 pound ağırlığında ve/veya 1,80 boyunda bir tane var.”
Gökbilimcilerin evrenin evrimi hakkında anlattıkları hikayeye göre, ilk yıldızlar Büyük Patlama’dan arta kalan hidrojen ve helyum bulutlarından yoğunlaşmıştır. Sıcak ve hızlı bir şekilde yandılar, hızla patladılar ve Güneş’in kütlesinin on ila yüzlerce katı kadar kara deliklere dönüştüler.
Çağlar boyunca, daha önceki yıldızların küllerinden birbirini takip eden yıldız nesilleri ortaya çıktı ve bu da evrenin kimyasını zenginleştirdi. Ve onların ölümlerinden arta kalan kara delikler birleşmeye ve bir şekilde galaksilerin merkezlerinde süper kütleli kara deliklere dönüşmeye devam etti.
İki yıl önce Noel’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu’nun amacı bu fikri test etmekti. Çapı 21 feet olan uzaydaki en büyük aynaya sahiptir. Daha da önemlisi, evrendeki en uzak ve dolayısıyla en eski yıldızların ışığından gelen kızılötesi dalga boylarını kaydetmek için tasarlandı.
Ancak yeni teleskop gökyüzüne çevrildiğinde, kozmologların beklentilerine meydan okuyacak kadar büyük ve parlak yeni galaksiler tespit etti. Son yıllarda bu gözlemlerin aslında uzun süredir devam eden evren modelini tehdit edip etmediği konusunda hararetli tartışmalar yaşanıyor. Model, evreni görünür maddeden, galaksileri bir arada tutan yerçekimini sağlayan şaşırtıcı miktardaki “karanlık maddeden” ve bu galaksileri birbirinden ayıran “karanlık enerjiden” oluşan bir yapı olarak tanımlıyor.
UHZ-1’in keşfi bu tartışmalarda bir dönüm noktasını temsil ediyor. Heykeltıraş takımyıldızındaki devasa bir galaksi kümesinin James Webb Uzay Teleskobu tarafından gelecekte gözlemlenmesine hazırlık yapan Dr. Natarajan’ın ekibi NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nde zaman istedi. Kümenin kütlesi yerçekimsel bir mercek gibi davranarak uzay ve zamanda çok geride olan nesneleri büyütür. Araştırmacılar merceğin X-ışını görüntüsünde neler ortaya çıkarabileceğine dair bir fikir edinmeyi umuyorlardı.
Güneş’ten yaklaşık 40 milyon kat daha büyük, süper kütleli bir kara delik tarafından desteklenen bir kuasar buldular. Webb Teleskobu’ndan yapılan diğer gözlemler, onun 13,2 milyar ışıkyılı uzaklıkta olduğunu doğruladı. (Heykeltıraş kümesi yaklaşık 3,5 milyar ışık yılı uzaktadır.) Evrende şimdiye kadar bulunan en uzak ve en eski kuasardı.
Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden Akos Bogdan bir basın açıklamasında, “Bu oldukça uzak galaksiyi bulmak için Webb’e ve süper kütleli kara deliğini bulmak için Chandra’ya ihtiyacımız vardı” dedi. “Aynı zamanda tespit ettiğimiz ışık miktarını artıran kozmik bir büyüteç de kullandık.”
Sonuçlar, süper kütleli kara deliklerin Büyük Patlama’dan 470 milyon yıl kadar erken bir zamanda var olduğunu gösteriyor. Bu, 10 ila 100 güneş kütlesine sahip ilk nesil yıldızların yarattığı kara deliklerin bu kadar büyümesine izin vermek için yeterli değil.
Daha da büyük kara delikler yaratmanın başka bir yolu var mıydı? 2017 yılında Dr. Natarajan, çöken ilkel gaz bulutlarının Güneş’in kütlesinin 10.000 katından daha fazla kara delikler oluşturabileceğini öne sürdü.
“O zaman onlardan birinin daha sonra bu genç, erken gelişmiş kara deliğe dönüştüğünü hayal edebilirsiniz” dedi Dr. Odun. Sonuç olarak şunu belirtti: “Evrenin tarihinin sonraki her noktasında her zaman şaşırtıcı derecede büyük kara delikler olacaktır.”
Dr. Natarajan şunları söyledi: “Bunların yaşamlarının başlangıcında süper kütleli oldukları gerçeği, bunların muhtemelen sonunda süper kütleli kara deliklere dönüşeceklerini ima ediyor.” Ancak bunun nasıl çalıştığını kimse bilmiyor. Kara delikler, erken dönem kuasar UHZ-1’in kütlesinin yüzde 10’unu oluştururken, görüntüsü yayınlandığında kara deliği 6,5 ağırlığında olan dev Messier 87 gibi modern galaksilerin kütlesinin yüzde binde birinden daha azını oluşturuyorlar. Event Horizon Teleskobu tarafından 2019 yılında çekilen bu yıldızın yaklaşık bir milyar güneş kütlesi vardı.
Bu, karmaşık çevresel geri bildirim etkilerinin bu galaksilerin ve kara deliklerin büyümesine ve evrimine hakim olduğunu, yıldız ve gaz kütlelerinin artmasına neden olduğunu gösteriyor.
“Yani aslında bu son derece erken dönem OBG’ler, tohum fiziği hakkında daha sonraki büyüme ve evrimden çok daha fazla bilgi aktarıyor ve aydınlatıyor” dedi Dr. Natarajan. Şöyle ekledi: “Her ne kadar önemli sonuçları olsa da.”
Dr. Holz, “Olanlar ortaya çıksaydı kesinlikle harika olurdu, ama ben gerçekten agnostiğim” dedi ve ekledi: “İlk büyük kara deliklerin gizemini nasıl çözersek çözelim, büyüleyici bir hikaye olacak.”