JWST için Bir Diğer İlk: Aynı Galakside Üç Süper Ağır Kara Delik Tespit Ediyor

Süper kütleli kara deliklerin (SMBH’ler) doğası, uzay biliminde sıcak bir konudur. Bizimki gibi büyük galaksilerin hepsinin merkezlerinde bir SMBH barındırdığı görülüyor, ancak bu devlerin nasıl bu kadar büyük kütleye sahip olduğu açık değil. Çoğu araştırmacı birleşmelerin kesinlikle bir rol oynadığı konusunda hemfikir olsa da kökenleri de aynı değil.

Yeni bir keşif, KOBİ’lerin evrimi ve büyümesinin arkasında birleşmelerin olduğu fikrini güçlendiriyor. JWST ile çalışan gökbilimciler, tek bir galakside aktif olarak biriken üç kara delik buldular. Daha önce hiçbir üçlü kara delik galaksisi görülmedi, ancak SMBH’lerle etkileşime giren üç galaksinin örnekleri gözlemlendi.

Keşif, Astronomi ve Astrofizik alanında “BlackTHUNDER: z ∼ 5 galaksideki üç büyük kara deliğin kanıtı” başlıklı yeni araştırmada sunuldu.” Baş yazar, Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’nden Hannah Übler’dir. BlackTHUNDER terimi, “Erken Evrendeki kara delikler ve onların yoğun çevreleri” adlı bir JWST gözlem programını ifade eder.

Söz konusu galaksinin adı J0148-4214’tür ve bizden 12,5 milyar ışıkyılından daha uzaktadır. JWST onu Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,2 milyar yıl sonra ortaya çıktığı haliyle gözlemledi. BlackTHUNDER bu kadar eski kara delikleri gözlemlemeyi amaçlıyordu ve JWST, aktif olarak biriken üç kara deliği tespit etmek için NIRSpec Entegre Alan Birimi’ni kullandı.

Güneş kütleleri 80 milyon, 0,6 milyon ve 2 milyondur. İlk ikisi birbirine en yakınken, üçüncüsü daha uzaktır. Çalışmanın ikinci yazarı ve MPE araştırmacısı Dr. Giovanni Mazzolari şunları söyledi: “JWST verileri yalnızca üç kara deliği tanımlamamıza değil, aynı zamanda bunların kütlelerini, birikim oranlarını ve galaksinin yıldız kütlesini de tahmin etmemize olanak sağladı.” “Toplam yaklaşık 1,3 milyar güneşlik bir yıldız kütlesi buluyoruz ve kara delikler bunun önemli bir kısmını temsil ediyor.”

MPE‘den baş yazar Übler, “Bu, uzak Evrendeki tek bir galaksideki üç aktif kara deliğin ilk kanıtıdır” dedi. Üç BH’den ikisi galaksinin merkezinde, birbirlerinden yalnızca yaklaşık 620 ışıkyılı uzaklıkta bulunmaktadır. Üçüncüsü galaksinin dış bölgesinde, merkezden yaklaşık 5500 ışıkyılı uzaklıkta. Übler, “Bu, Evrenin erken dönemlerindeki süreçlerin devasa kara delikleri bir araya getirmede etkili olduğunu ve gelecekteki kütleçekimsel dalga gözlemevleriyle tespit etmeyi umduğumuz devasa kara delik birleşmelerine zemin hazırladığını gösteriyor” dedi.

Bu çalışmada araştırmacılar JWST ile üç geniş hat bölgesi (BLR) buldular. Bunlar hidrojenin hızla hareket ettiği bölgelerdir. Hidrojenin hızlı hareketi nedeniyle, Doppler etkisi Hidrojen-alfa emisyon çizgilerini yayar veya genişletir. Bir BLR yalnızca hidrojenin hızla hareket ettiği, aktif olarak biriken BH’nin yanı sıra süpernova, şok, cepheler ve büyük yıldızlardan gelen yıldız rüzgarları gibi şeyler de dahil olmak üzere var olabilir. Yalnızca H-alfa’dan bunu söylemek zor.

Ama bu fotoğrafta daha fazlası var. JWST’nin gözlemleri ayrıca OIII (çift iyonize oksijen) çizgisinin dar olduğunu göstermektedir. Geniş H-alfa ve dar OIII emisyon çizgilerinin birleşimi bir AGN’nin parmak izidir ve emisyonların diğer potansiyel kaynaklarını ortadan kaldırır. Araştırmacılar, gördükleri şeyin bir süpernova veya yıldız oluşum bölgesi gibi başka bir şey yerine BH olduğunu bu şekilde biliyorlar.

Bu şekil solda J0148-4214’ün JWST görüntülerini, orta ve sağ sütunlarda ise spektrumları göstermektedir. Orta sütun dar OIII çizgilerini gösterirken sağ sütun geniş H-alfa emisyonlarını gösterir. Resim Kredisi: Übler ve ark. 2026. A&A. https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557419

Yazarlar şöyle yazıyor: “Kara delikler, parlak [OIII] çiftinde yasak çizgi karşılığı olmaksızın geniş Ha emisyonu (FWHM = 430–2920 km/s) aracılığıyla ortaya çıkıyor.” “Asimetrik merkezi Ha profilinin kanal haritaları, 190 ± 40 pc ile ayrılmış iki uzamsal olarak farklı geniş çizgi bölgesini (BLR’ler) izole ederken, galaksinin eteklerinde 1,7 kpc’lik öngörülen bir ayrımla üçüncü bir BLR bulunur.”

BH’lerin büyürken izleyebileceği iki yol vardır. Birleşebilirler ve malzeme biriktirebilirler. Kozmik zamanın geniş alanı boyunca birikim, büyümenin baskın itici gücüdür. Ancak belirli BH kütle aralıkları için ve kozmik tarihin belirli zamanlarında birleşmeler daha önemli bir katkı sağlar. Bu gözlemler her iki mekanizmanın da nasıl aktif olduğunu göstermektedir. BLR’nin tespiti, J0148-4214’te aktif birikimin gerçekleştiğini ve birleşmelerin de ufukta olduğunu gösteriyor.

En yakın BH çifti muhtemelen yakında birleşecek, üçüncü uzaktaki BH ise yavaş yavaş merkeze yaklaşıyor. Sonunda o da birleşecek.

Cambridge Üniversitesi profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Roberto Maiolino, “Bu sonuçlar son derece heyecan verici” dedi. “Kara delik birleşmesinin erken Evren’deki hızlı büyümeleri için ek ve hızlı bir yol olabileceğini öne sürüyorlar.”

Bu J0148-4214’ün JWST’den alınan iyonize hidrojen haritasıdır. Üç siyah daire kara deliklerdir (ölçeksiz). En büyük ve en az kütleli BH birbirine en yakın olanlardır ve yaklaşık 700 milyon yıl içinde birleşmeleri gerekir. Daha uzakta olanın kaderi daha sonraki bir birleşme olacaktır. Image Credit: Hannah Übler

Yazarlar, “Merkezdeki iki kara deliğin, ≲700 Myr düzeyinde basit bir dinamik sürtünme süresi tahminiyle hızla birleşeceğini iddia ediyoruz. Nükleer olmayan üçüncü kara deliğin de merkeze doğru batma sürecinde olduğunu varsayarsak, bu muhtemelen ikinci bir birleşmeye yol açacaktır” diye yazıyor.

Üçüncü kara deliğin başka bir potansiyel açıklaması da var. Araştırmacılar, “Alternatif olarak, üçüncü kara delik daha önceki merkezi üç cisim etkileşiminin veya yerçekimsel geri tepmenin sonucu olabilir” diye açıklıyor. Bu durumda ekibin gözlemleri, bir BH’nin dinamik bir olaydan sonra bile birikim halkasını ve BLR’sini koruyabildiğini gösteriyor.

JWST, erken Evren hakkındaki anlayışımızı geliştiriyor. Bu sonuçlar, birçok araştırmacının şüphelendiği gibi, birden fazla kara delik sistemine sahip galaksilerin nadir olmadığını ve bunların birleşmelerinin bugün gördüğümüz SMBH’nin oluşumunda büyük rol oynadığını gösteriyor.

Yazarlar şu sonuca varıyor: “Yüksek kırmızıya kaymalarda bir kara delik üçlüsünün olası keşfi, uzaktaki kara delik çiftlerine ilişkin diğer yeni sonuçlarla birlikte, birden fazla büyük kütleli kara delik sisteminin erken Evren’de muhtemelen yaygın olduğunu gösteriyor.”