Süper kütleli kara delikler (SMBH), uzay bilimindeki önemli bir araştırma konusudur. Gözlemler, büyük galaksilerin merkezlerinde SMBH’lerin bulunduğunu gösteriyor, ancak bu dev yapıların nasıl bu kadar kütleli hale geldiği hala net değil. Ayrıca, oluşum süreçleri de tam olarak anlaşılamamıştır, ancak çoğu araştırmacı birleşmelerin önemli bir rol oynadığına inanmaktadır.
Yeni bir keşif, birleşmelerin SMBH’lerin evrimi ve büyümesiyle ilgili olduğu fikrini desteklemektedir. JWST ile çalışan astronomlar, aynı galakside aktif olarak madde yiyen üç kara delik tespit etmişlerdir. Daha önce üç etkileşimli galaksi ve SMBH sistemleri gözlemlenmiş olsa da, bu ilk kez aynı galakside üç kara deliğin bulunmasıdır.
Bu keşif, “BlackTHUNDER: Evidence of three massive black holes in a z ∼ 5 galaxy.” başlıklı Astronomy and Astrophysics dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmada sunulmaktadır. Araştırmanın başyazarı, Max Planck Extraterrestrial Physics Enstitüsü’nden Hannah Übler’dir. “BlackTHUNDER”, JWST’nin erken evrendeki kara delikleri ve çevresini gözlemeyi amaçlayan bir programın adıdır.
İlgili galaksi J0148-4214 olarak adlandırılmakta ve Dünya’dan 12.5 milyar ışık yılı uzaklıktadır. JWST, bu galaksiyi Büyük Patlama’dan yaklaşık 1.2 milyar yıl sonraki halini gözlemlemiştir. BlackTHUNDER programı, bu kadar eski kara delikleri gözlemeyi amaçlamıştır ve JWST, aktif olarak madde yiyen üç kara deliği tespit etmek için NIRSpec Integrated Field Unit’i kullanmıştır.
Bu kara deliklerin kütleleri sırasıyla 80 milyon, 0.6 milyon ve 2 milyon güneş kütlesidir. İlk iki kara delik birbirine yakınken, üçüncü kara deliğin galaksinin dış bölgelerinde yer almaktadır. “JWST verileri sayesinde sadece üç kara deliği tespit etmekle kalmadık, aynı zamanda kütlelerini, madde emme hızlarını ve galaksinin yıldız kütlesini de tahmin ettik,” diyor ikinci yazar ve MPE araştırmacısı Dr. Giovanni Mazzolari. “Toplam yıldız kütlesinin yaklaşık 1.3 milyar güneş olduğunu bulduk ve kara delikler bu kütlenin önemli bir bölümünü oluşturuyor.”
“Bu, uzak evrende tek bir galakside üç aktif kara deliğin ilk kanıtıdır,” diyor başyazar Übler MPE. Bu üç kara deliğin ikisi de galaksinin merkezinde yer almakta ve birbirlerine yaklaşık 620 ışık yılı uzaklıktadır. Üçüncü kara delik ise galaksinin dış bölgelerinde, merkeze yaklaşık 5500 ışık yılı uzaklıkta bulunmaktadır. “Bu, erken evrende devasa kara deliklerin bir araya getirilmesinde etkili süreçlerin olduğuna işaret ediyor ve gelecekteki yerçekimi dalgası gözlemleyicileri tarafından tespit edilebilecek daha büyük kara delik birleşmelerinin önünü açıyor,” diyor Übler.
Bu çalışmada, araştırmacılar JWST ile üç geniş hatlı bölge (BLR) tespit etmişlerdir. BLR’ler, hidrojenin hızla hareket ettiği bölgelerdir. Hidrojenin hızlı hareketi nedeniyle Doppler etkisiyle Hydrogen-alpha emisyon çizgileri yayılır. Sadece aktif olarak madde yiyen kara deliklerde değil, aynı zamanda süpernova patlamaları, şok dalgaları ve dev yıldızların saldığı maddeler gibi diğer olaylarda da BLR’ler oluşabilir. Ancak H-alpha tek başına bu ayrımı yapmak zordur.
Ancak durum bundan daha karmaşıktır. JWST’nin gözlemleri aynı zamanda OIII (çift iyonize oksijen) çizgisinin dar olduğunu göstermektedir. Geniş H-alpha ve dar OIII emisyon çizgilerinin birleşimi, aktif galaktik çekirdeğin (AGN) karakteristik özelliğidir ve diğer potansiyel kaynakları (süpernova veya yıldız oluşum bölgeleri gibi) ortadan kaldırır. Bu sayede araştırmacılar, gördüklerinin kara delikler olduğunu kesin olarak belirleyebilmişlerdir.
Bu grafik, JWST tarafından çekilen J0148-4214’ün görüntülerini (solda), spektrumları ise ortada ve sağda göstermektedir. Ortadaki sütun dar OIII çizgilerini, sağdaki sütun ise geniş H-alpha emisyonlarını göstermektedir. Grafik: Übler et al., 2026, A&A, https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557419
“Kara delikler, geniş Hα emisyonu (FWHM = 430–2920 km/s) ile ortaya çıkarılmıştır ve parlak [O III] çiftliğinde yasaklı bir çizgiye sahip değildir,” yazarlar belirtmektedir. “Merkezi Hα profilinin asimetrik kanallarının iki uzamsal olarak farklı geniş hatlı bölgeleri (BLR) ayırır, bunlar 190 ± 40 pc arayla ayrılırken, üçüncü bir BLR galaksinin dış bölgesinde bulunur ve merkeze 1.7 kpc’lik yansıtılmış mesafededir.”
Kara deliklerin büyümesi için iki ana yol bulunmaktadır: birleşme ve madde emme. Kozmik zamanın geniş kapsamı içinde, madde emme daha baskındır. Ancak belirli kara delik kütleleri ve kozmik tarihin belirli dönemlerinde, birleşmeler daha önemli bir rol oynar. Bu gözlemler, her iki mekanizmanın da nasıl çalıştığını göstermektedir. BLR’lerin tespiti, J0148-4214’te aktif madde emme süreçlerinin yaşandığını gösterirken, aynı zamanda birleşmelerin de yakın gelecekte gerçekleşebileceğini işaret etmektedir.
En yakın iki kara deliğin yakın zamanda birleşeceği beklenmektedir. Üçüncü kara deliğin ise yavaşça merkeze doğru hareket ettiği düşünülmektedir ve bu da daha sonraki bir birleşmeye yol açabilir.
“Bu sonuçlar son derece heyecan verici,” diyor Cambridge Üniversitesi’nden profesör Roberto Maiolino ve çalışmanın ortak yazarı. “Bunlar, erken evrende kara delik birleşmesinin, devasa kara deliklerin hızlı büyümesi için ek bir yol olabileceğini göstermektedir.”
Bu, JWST tarafından elde edilen J0148-4214’ün iyonize hidrojen haritasıdır. Üç kara delik, yansıtılmış mesafelerle gösterilmektedir (ölçekli değildir). En büyük ve en küçük kütleli kara delikler birbirine yakın olup yaklaşık 700 milyon yıl içinde birleşecektir. Daha uzak olan kara deliğin ise daha sonraki bir birleşmeye yol açması beklenmektedir. Grafik: Hannah Übler
“İki merkezi kara deliğin hızla birleşeceğini öne sürüyoruz, basit bir dinamik sürtünme zamanı tahmini yaklaşık ≲700 milyon yıldır,” yazarlar belirtmektedir. “Üçüncü kara deliğin de merkeze doğru hareket halinde olduğu varsayılırsa, daha sonraki bir birleşmeye yol açması beklenir.”
Üçüncü kara delik için başka bir olası açıklama da bulunmaktadır: “Alternatif olarak, üçüncü kara deliğin önceki merkezi üç cisim etkileşiminin veya yerçekimi geri tepmesinin sonucu olabileceği de mümkündür,” yazarlar açıklamaktadır. Bu durumda, araştırmaların bulguları, dinamik bir olaydan sonra bile bir kara deliğin madde emme halkasını ve BLR’sini koruyabileceğini göstermektedir.
JWST, erken evren hakkındaki bilgimizi artırmaktadır. Bu sonuçlar, birçok araştırmacının düşündüğü gibi, çoklu kara delik sistemlerine sahip galaksilerin yaygın olmadığına işaret etmektedir ve bu sistemlerin, günümüzde gözlemlediğimiz devasa kara deliklerin oluşumunda önemli bir rol oynamıştır.
“Yüksek redshift’te birden fazla kara deliğe sahip sisteme rastlanması, diğer yakın tarihli birden fazla kara delikli çift sonuçlarıyla birlikte, erken evrende çoklu büyük kara delik sistemlerinin yaygın olduğu fikrini desteklemektedir,” yazarlar sonucuna varmaktadır.
Kaynak: Universe Today
