Gökbilimciler, Dünya'dan 12,5 milyar ışık yılından daha uzakta, J0148-4214 adlı tek bir galaksinin içinde üç aktif beslenen süper kütleli kara delik buldu. Işık bu kadar uzun süre yol aldığı için gözlem, galaksinin Büyük Patlama'dan yaklaşık 1,2 milyar yıl sonraki hâlini gösteriyor — kırmızıya kayma z = 5,02'de ölçülüyor.
"Bu, uzak evrende tek bir galakside üç aktif kara deliğe dair ilk kanıt," dedi Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü'nde (MPE) araştırma grubu lideri ve çalışmanın baş yazarı Hannah Übler.
Üç kara delik, üç çok farklı boyut
Merkezdeki iki kara delik, izdüşümde yalnızca 620 ışık yılı arayla duruyor. Üçüncüsü çekirdeğin çok dışında, merkezden yaklaşık 5.500 ışık yılı uzaklıkta. Tahmini kütleleri kabaca 80 milyon, 2 milyon ve 600 bin Güneş kütlesi.
Sürpriz, hangisinin en agresif beslendiği. Dev değil. Yaklaşık 600 bin Güneş kütleli komşu, maddeyi Eddington sınırını aşıyor görünen bir hızda biriktiriyor — yani içe düşen maddenin ışınım basıncının daha fazla gazı itmesi gereken noktayı. Ekip ayrıca galaksinin toplam yıldız kütlesini yaklaşık 1,3 milyar Güneş olarak tahmin ediyor; bu da kara deliklerin galaksinin içerdiği her şeyin önemli bir bölümünü temsil ettiği anlamına geliyor.
Teleskobun ayıramadığı iki kara deliği nasıl buluyorsunuz
Yakın zamana kadar bunu görmek imkânsız olurdu. Ekip, JWST'nin Yakın Kızılötesi Spektrografını integral alan spektroskopisi modunda (NIRSpec-IFS) kullandı; bu mod, tüm nesne için tek bir spektrum yerine galaksinin her noktası için spektrum kaydediyor.
Bir kara deliğin yakınındaki hidrojen gazı aşırı hızlarda hareket eder ve yayılan ışıkta tanınabilir izler bırakır. Galaksinin merkezinde hidrojen salma deseni tek bir kaynağın açıklayamayacağı kadar karmaşıktı; birbirine yakın iki kara delik çok daha iyi uyuyordu. Onları ayrı ayrı konumlandırmak için araştırmacılar, tayf özelliklerindeki ince konum kaymalarını izleyen spektro-astrometriyi kullandı ve teleskop onları iki ışık noktası olarak görüntüleyemese de çifti çözümledi. Üçüncü aktif kara delik galaksinin dış bölgesinde ortaya çıktı.
Ekip, bu uzamsal ayrıntı olmadan büyük olasılıkla üçünden yalnızca birini tanımlayacaklarını söylüyor.
Devlerin nasıl büyüdüğü açısından neden önemli
Erken evrende galaksi birleşmeleri yaygındı ve galaksiler birleştiğinde merkezî kara delikler birbirine doğru sarmallanıp sonunda kaynaşabiliyor. Bu, kara deliklerin ilk milyar yıl içinde yüz milyonlarca Güneş kütlesine nasıl ulaştığına dair önde gelen açıklamalardan biri — sadece istikrarlı madde birikimine dayanan modeller için sıkıntılı bir büyüme hızı.
z = 5,02'de tek bir galakside üç tane bulmak, erken evrenin büyük kara delikleri bir araya getirmede verimli olduğunun doğrudan kanıtı. Übler, "Erken evrendeki süreçlerin büyük kara delikleri bir araya getirmede verimli olduğunu, bunun da gelecekteki kütle çekim dalgası gözlemevleriyle tespit etmeyi beklediğimiz büyük kara delik birleşmelerine zemin hazırladığını gösteriyor," dedi.
Merkezdeki iki kara deliğin önümüzdeki birkaç yüz milyon yıl içinde birleşmesi bekleniyor. Ortak yazar, Cambridge Üniversitesi'nden Roberto Maiolino, "Bu sonuçlar son derece heyecan verici," diye ekledi. "Kara delik birleşmesinin, erken evrende hızlı büyümeleri için ek ve hızlı bir yol olabileceğini gösteriyorlar."
Üçüncünün gizemi
Tartışma yaratacak olan, aykırı olan. Merkezden 5.500 ışık yılı uzakta, çekirdeğin hayli dışında duran bir kara deliğin iki makul açıklaması var. İçeri doğru, diğer ikisine katılmak üzere hareket ediyor olabilir. Ya da daha önceki bir birleşmenin dışa savrulmuş kalıntısı olabilir — birleşen çiftin kütle çekim dalgalarını dengesiz yayması ve ortaya çıkan kara deliğin ters yöne fırlatılması, yani kütle çekimsel geri tepme.
İkisi de takip gözlemleriyle test edilebilir ve ikisi de bu galaksinin merkezinin ne kadar şiddetli olduğuna dair farklı şeyler söyler.
Ölçeklenen çıkarım
JWST'nin integral alan spektroskopisi z = 5,02'de tek bir soluk galaksiden üç kara delik çıkarabiliyorsa, uzak evrendeki çoklu kara delik sistemleri muhtemelen nadir değil — eksik sayılıyorlar. Daha önce tek aktif çekirdek barındırdığı kaydedilen her galaksi, daha fazlasını saklama adayı ve teknik daha yaygın uygulandıkça birleşme adaylarının sayımı büyüyecek.
