Eski Yıldız Çarpışmaları Gizemli “Kırmızı Noktaları” ve İmkânsız Karanlık Delikleri Açıklayabilir

Yeni araştırmalar, evrenin erken döneminde yıldızlar arasındaki çarpışmaların yaygın olduğunu öne sürüyor; bu da kütles siyah deliklerin hızlı büyümesi ve James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından gözlemlenen gizemli Küçük Kırmızı Noktalar’ın varlığı açıklanmasına yardımcı olabilir.

Bu araştırmayı yapan ekip, evrenin erken dönemine ilişkin simülasyonlar gerçekleştirdi ve yıldız sistemlerinin yoğun biçimde paketlenmiş olduğunu, bu nedenle yıldızların sık sık birbirine çarpığını buldu. Hızlı çarpışmalar çarpışan yıldızları yok etmiş olsa da, yavaş çarpışmalar ardışık birleşmelere yol açarak tek başına aşırı kütleye sahip yıldızlar oluşturmuş; bunlar da yaşamlarının sonunda sıradanından daha büyük siyah delikler oluşturmak için çökebilmiş. Bunlar, ilk kütles siyah deliklerin tohumları olabilir.

Yoğun yıldız ortamları, modern evrende hala galaksilerin merkezlerinde varlığını sürdürüyor; ancak bunlar, aşırı kütleye yıldızlar doğuracak türden çarpışmalar için uygun değil. Çünkü modern galaksilerin merkezlerinde zaten kütles siyah delikler bulunuyor ve bu deliklerin devasa yerçekimi etkisi, yörüngedeki yıldızları hızlandırıyor; bu nedenle meydana gelen çarpışmalar yüksek hızlı ve yıkıcı oluyor, dolayısıyla aşırı kütleye yıldızlar doğuramıyor.

“Simülasyonlarımızın en tuhaf sonucu, yıldızların küme içinde tekrar tekrar birleşerek, kütlesi tüm bir kume eşitlenen devasa bir yıldız oluşturana kadar birleşebilmeleri. Bu kadar büyük bir yıldız yaşamının sonuna ulaştığında, modeller onun kendine çökmek ve kütles bir siyah delik oluşturmak dışında bir seçeneği olmayabileceğini öne sürüyor,” dedi ekip üyesi Claire Williams, Kaliforniya Üniversitesi Los Angeles (UCLA).

Buyurdun, büyüdün! Kütles siyah delikler bu kadar hızlı bu kadar büyük nasıl oldu?

Kütles siyah deliklerin evren 1 milyar yaşında bile olmadan var olması, JWST 2022’de bunları gözlemeye başladıktan sonra yıldız bilimcileri yıllardır düşündüren bir konu.

Bunun nedeni, deliklerin “süperkütleli” statüsüne ulaşması için milyonlarca ya da milyarlarca kez Güneş’in kütlesine sahip olma sürecini tamamlayan beslenme ve birleşme işlemlerini tamamlaması için en az 1 milyar yıla ihtiyaç duymasıdır.
Bu konuyu açıklamak için bilim insanları tarafından öne sürülen önermelerden biri, süperkütleli deliklerin sıfırdan başlamadığıdır. Bunun yerine, ara kütveli delikler olarak adlandırılan delik tohumlarından oluşurlar.

Bir görsel, yanına standart kütveli bir delik tohumu yanında kütveli bir delik tohumunu göstermektedir (Görsel kredisi: Robert Lea (Canva ile oluşturuldu))

Normalde, kütveli bir yıldız çöktüğünde, kütlesi Güneş’in kütlesinin 10 ile 100 katı arasında olan bir kütveli delik ortaya çıkarır. Bu, tüm modern galaksilerin kalplerini yöneten, kütlesi milyarlarca kez Güneş’in kütlesine sahip süperkütleli deliklere göre oldukça küçüktür.

Ara kütveli deliklerin, bu iki kozmik dev ailesinin arasında, kütlesi Güneş’in kütlesinin 100 ile 100.000 katı arasında olduğu düşünülmektedir. Sorun, tek bir yıldızın ara kütveli bir delik oluşturmak için çökme yeteneğine sahip yeterli kütleye sahip olmamasıdır. Ancak bu, yalnızca yakın kozmik çevremizdeki 13.8 milyar yaşındaki “modern” evrenin koşulları için geçerlidir. Evrenin daha dışına ve zamanda daha geriye gidildikçe koşullar çok farklıydı.

Gerçekten de, böyle tohumlar, bu gizemi çözebilecek şekilde, bu büyüme süreçlerinin bir avantaj elde etmesine olanak tanıyan yoğun yıldız kümeleri ortamlarından bu yeni simülasyonlarda ortaya çıktı.

“Yoğun yıldız kümeleri, modelimizde kütveli delik tohumları için doğal bir doğum yeri sağlar,” dedi Williams. “Deliği oluşturan aynı ortam, aynı zamanda sonraki büyümesini etkileyen yıldızlar ve gaz da sağlayabilir.”

Ancak bu, iki artı bir anlaşması olabilir. JWST, erken evrende Küçük Kırmızı Noktalar olarak adlandırılan astronomik cisimleri de düzenli olarak keşfetmektedir. Küçük Kırmızı Noktalar, evren 2 milyar yaşına geldiğinde tamamen kaybolmuş gibi göründükleri için merak uyandırandır.

Oda kozmik fili: Küçük Kırmızı Noktalar

Little Red Dots, evrenin erken döneminde görülen, adlarını kırmızı noktalar gibi görünmelerinden alan son derece yoğun nesnelerdir.

“Little Red Dots, astronomide sıcak bir konudur. Little Red Dots’u anlamaya çalışan araştırmacıların çalışmalarını, bir fili dokunarak betimlemeye çalışan kör insanların öyküsüyle karşılaştırabilirsiniz; her kişi dokunduğu parçaya göre farklı bir betimleme yapar,” ekip üyesi ve UCLA araştırmacısı Smadar Naoz, “Araştırmamız bu bakış açılarının bir kısmını birbirine bağlıyor ve filin daha fazlasını görmemize yardımcı olabilir.”

Bu nesnelerin gerçek doğu hakkında pek çok öneri sunulmuş olsa da, bir teori onların kalplerinde hızla büyüyen bir kara delik taşıdığını öne sürüyor.

Ekibin simülasyonları, Little Red Dots’un sürekli yıldız çarpışmalarıyla sarsılan yoğun yıldız kümeleri olabileceğini gösteriyor. Bu da sonunda çökerek ara kütleli bir kara deliğe dönüşen son derece büyük bir yıldız oluşumuna yol açıyor.
Ancak durum böyleyse, evrenin 2 milyarınıncı doğum günü kutlandığında etrafta bunu kutlayacak hiçbir Little Red Dot neden yoktu?

JWST tarafından evrenin erken döneminde keşfedilen “little red dot” galaksilerinden bazıları (Görsel kredisi: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College))

Büyük Patlama’dan 1 milyar yıldan az bir süre sonra evren, düzenli spiral galaksilerden yoksundu; bunun yerine yoğun ve kaotik yıldız oluşum kümeleriyle doluydu. Bu bölgeler sık sık yıldız çarpışmalarıyla sarsıldığında, ultra-ağır yıldızların oluşup ara kütleli kara deliklere çökmesi için uygun koşullar vardı.

Ancak evren soğuyup genişledikçe, bu bölgeler çok daha az kaotik galaksilerin yapı taşlarına dönüştü. Dolayısıyla, Little Red Dots’un ara kütleli kara deliklerin oluşumu için gerekli kaotik yıldız kümeleri ise, dengeli bir duruma ilerleme, birdenbire evrenden kaybolmalarını açıklayabilir. Kozmos, Little Red Dots’u sürdürmeye yetecek kadar uçlu artık değildi.
Ekibin araştırması Pazartesi (26 Ekim) gününde Astrophysical Journal’da yayımlandı.