James Webb Uzay Teleskobu, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra, kuasarların bulunduğu iki antik galaksiden gelen yıldız ışığını ortaya çıkardı ve kütleleri Güneş’in neredeyse bir milyar katı olan kara delikleri ortaya çıkardı. Bu çığır açan keşif, evrenin erken dönemleri ve süper kütleli kara deliklerin ve galaksilerin oluşum sırası hakkında sorulara yol açıyor.
James Webb Uzay Teleskobu, iki devasa galaksiden gelen yıldız ışığını ilk kez gösteren görüntüleri ortaya çıkardı. Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan az bir süre sonra gözlemlenen, kuasar olarak bilinen, aktif olarak büyüyen kara delikler.
Nature dergisinde yayınlanan yeni bir araştırma, kara deliklerin kütlesinin milyar katına yakın bir kütleye sahip olduğunu gösteriyor. Güneş ve ev sahibi galaksinin kütleleri neredeyse yüz kat daha büyüktür; bu oran, daha yakın zamandaki evrende bulunanlara benzer bir orandır. Subaru Teleskobu ile JWST’nin güçlü birleşimi, uzak evreni incelemek için yeni bir yol açtı.
Uzak evrende bu kadar büyük kara deliklerin varlığı, astrofizikçiler için cevaptan çok soru yarattı. Evren bu kadar gençken bu kara delikler nasıl bu kadar büyüyebildi? Daha da şaşırtıcı olanı, yerel evrendeki gözlemler, süper kütleli kara deliklerin kütlesi ile bunların içinde bulunduğu çok daha büyük galaksiler arasında açık bir ilişki olduğunu gösteriyor. Galaksiler ve kara delikler tamamen farklı boyutlardadır; peki hangisi önce geldi: kara delikler mi yoksa galaksiler mi? Bu, kozmik ölçekte bir “tavuk mu yumurta mı” sorunudur.
HSC J2236+0032’nin JWST NIRCam 3,6 μm görüntüsü. Uzaklaştırılmış görüntü, kuasar görüntüsü ve kuasar ışığı çıkarıldıktan sonraki ana galaksi görüntüsü (soldan sağa). Işık yılı cinsinden görüntü ölçeği her panelde gösterilir. Katkıda bulunanlar: Ding, Onoue, Silverman ve diğerleri.
Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü (Kavli IPMU) Proje Araştırmacısı Xuheng Ding ve Profesör John Silverman liderliğindeki uluslararası bir araştırmacı ekibi ve Pekin Üniversitesi Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (PKU-KIAA) Kavli Astrofizik Araştırmacısı Masafusa Onoue, bu soruyu Aralık 2021’de fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile yanıtlamaya başladı.
İlişkiyi incelemek Erken evrendeki ev sahibi galaksiler ile kara delikler arasındaki gözlem, bilim adamlarının bunların oluşumunu izlemesine ve birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını görmesine olanak tanır.
Kuasarlar parlaktır, ev sahibi galaksiler ise sönüktür, bu da onu araştırmacılar için zorlu hale getirmiştir. Araştırmacılar, kuasarın parıltısında galaksinin loş ışığını, özellikle de uzak mesafelerden tespit etmeyi amaçlıyor. JWST’den önce Hubble Uzay Teleskobu, evrenin yaşı 3 milyarın biraz altındayken, ancak daha genç değilken, parlak kuasarların bulunduğu ana galaksileri tespit edebiliyordu.
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu tamamen birincil aynasını uzaydayken sahip olacağı konfigürasyonun aynısına yerleştirdi. Katkıda bulunan: NASA/Chris Gunn
JWST’nin kızılötesi dalga boylarındaki üstün hassasiyeti ve son derece keskin görüntüleri, sonunda araştırmacıların bu çalışmaları kuasarların ve galaksilerin ilk oluştuğu zamana itmesine olanak sağladı. JWST’nin düzenli operasyonlara başlamasından sadece birkaç ay sonra ekip, evrenin yaklaşık 860 milyon yaşında olduğu sırada 6,40 ve 6,34 kırmızıya kaymalarda HSC J2236+0032 ve HSC J2255+0251 adlı iki kuasar gözlemledi.
Bu ikisi Hawai’i’deki Maunakea zirvesindeki 8,2 metrelik Subaru Teleskobu’nun derin araştırma programı sırasında kuasarlar keşfedildi. Bu kuasarların göreceli olarak düşük parlaklıkları, onları ev sahibi galaksinin özelliklerinin ölçümünde birincil hedefler haline getirdi ve konakçıların başarılı bir şekilde tespit edilmesi, bugüne kadar bir kuasarda yıldız ışığının tespit edildiği en erken dönemi temsil ediyor.
Kavli IPMU Proje Araştırmacısı Xuheng Ding, Profesör John Silverman ve Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (PKU-KIAA) Kavli Astrofizik Araştırmacısı Masafusa Onoue (soldan sağa). Katkı Sağlayan: Kavli IPMU, Kavli IPMU, Masafusa Onoue
İki kuasarın görüntüleri, JWST’nin NIRCam cihazıyla 3,56 ve 1,50 mikron kızılötesi dalga boylarında çekildi ve ev sahibi galaksiler, dikkatli bir modelleme ve analizin ardından belirginleşti. biriken kara deliklerden parlamayı çıkarmak. Ev sahibi galaksinin yıldız imzası, J2236+0032 için JWST’nin NIRSPEC’i tarafından alınan bir spektrumda da görüldü ve bu, ev sahibi galaksinin tespitini daha da destekledi.
Ev sahibi galaksi fotometrisinin analizleri, bu iki kuasar ev sahibi galaksinin bulunduğunu ortaya çıkardı. Güneş’in kütlesinin sırasıyla 130 ve 34 milyar katı büyüklüğündedirler. Kuasarların yakınındaki türbülanslı gazın hızının NIRSPEC spektrumundan ölçülmesi, onlara güç sağlayan kara deliklerin de devasa olduğunu, Güneş’in kütlesinin 1,4 ve 0,2 milyar katı olduğunu ortaya koyuyor. Kara delik kütlesinin ev sahibi galaksi kütlesine oranı, yakın geçmişteki galaksilerinkine benzer; bu da kara delikler ile ev sahipleri arasındaki ilişkinin Büyük Patlama’dan 860 milyon yıl sonra zaten mevcut olduğunu akla getiriyor.
{6 }Ding, Silverman, Onoue ve meslektaşları bu çalışmaya planlı Döngü 1 JWST gözlemlerini kullanarak daha büyük bir örnekle devam edecekler; bu daha sonra kara deliklerin ve onlara ev sahipliği yapan galaksilerin birlikte evrimine yönelik modelleri daha da kısıtlayacak. Ekip kısa bir süre önce, J2236+0032 ana galaksisini çok daha ayrıntılı bir şekilde incelemek üzere JWST’ye bir sonraki döngüsünde ek süre verildiğini öğrendi.
Referans: “Kızıl kaymalarda kuasar ev sahibi galaksilerden gelen yıldız ışığının tespiti” 6’nın üstünde” yazanlar: Xuheng Ding, Masafusa Onoue, John D. Silverman, Yoshiki Matsuoka, Takuma Izumi, Michael A. Strauss, Knud Jahnke, Camryn L. Phillips, Junyao Li, Marta Volonteri, Zoltan Haiman, Irham Taufik Andika, Kentaro Aoki, Shunsuke Baba, Rebekka Bieri, Sarah E. I. Bosman, Connor Bottrell, Anna-Christina Eilers, Seiji Fujimoto, Melanie Habouzit, Masatoshi Imanishi, Kohei Inayoshi, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Toshihiro Kawaguchi, Kotaro Kohno, Chien-Hsiu Lee, Alessandro Lupi, Jianwei Lyu, Tohru Nagao, Roderik Overzier, Jan-Torge Schindler, Malte Schramm, Kazuhiro Shimasaku, Yoshiki Toba, Benny Trakhtenbrot, Maxime Trebitsch, Tommaso Treu, Hideki Umehata, Bram P. Venemans, Marianne Vestergaard, Fabian Walter, Feige Wang ve Jinyi Yang, 28 Haziran 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06345-5