JWST’nin küçük kırmızı noktaları erken evrendeki kara deliklerin hızlı büyümesini nasıl açıklayabilir?

JWST’nin “küçük kırmızı noktaları”, tek ve yeni bir gök cismi sınıfından ziyade erken evrende kara deliklerin büyüme döngüsünün farklı evrelerini gösteriyor olabilir. Son dönemdeki üç araştırma, birbirini tamamlayan bir senaryo sunuyor: yıldızlar oluşmadan önce görece büyük bir kara delik tohumu yaratmak, bu tohumu opak bir gaz kozası içinde hızla beslemek ve bazı sistemlerde yakın galaksi karşılaşmalarıyla, ardından da birleşmelerle büyümeyi hızlandırmak.

Bu çerçeve, Büyük Patlama’dan çok kısa süre sonra nasıl bu kadar büyük kara deliklerin ortaya çıkabildiğine ilişkin temel sorunu hafifletebilir. Ancak bu, her küçük kırmızı noktanın aynı kökenden geldiği anlamına gelmiyor; farklı yorumlar hâlâ masada.

1. İlk yıldızlardan önce ağır kara delik tohumları

“Tam ilksel olmayan” olarak nitelenen öneri, evrenin en ilk anlarında oluştuğu varsayılan ilksel kara deliklerle, ömrünü tamamlamış yıldızların geride bıraktığı olağan kara delikler arasında teorik bir ara yol tarif ediyor. Bu senaryoda, görece hafif karanlık madde yoğunluk fazlalıkları çok erken dönemde gazı topluyor. O sırada sıcak olan kozmik mikrodalga arka plan ışıması ise gazın soğuyup parçalara ayrılmasını ve yıldızlar oluşturmasını zorlaştırabiliyor. Böylece gaz, alışılmış bir yıldız nüfusu oluşmadan doğrudan kara deliğe çökebilir. 19

Bu fikrin avantajı zamanlama. Başlangıçta daha büyük kütleli bir kara delik tohumu, tek bir büyük yıldızın çöküşünden doğan bir tohuma göre süper kütleli boyutlara ulaşmak için daha az zaman kaybeder. Yine de bu, oluşum mekanizmasına dair bir hipotez; yıldız-öncesi bir tohumun doğrudan gözlemi değil. Ayrıca küçük kırmızı nokta popülasyonunun tamamıyla ne ölçüde ilişkili olduğu da henüz bilinmiyor. 19

2. Yakın çiftler, etkileşim kanalını görünür kılabilir

COSMOS-Web araştırması, gökyüzündeki açısal ayrılıkları 0,2 ile 1,2 yay-saniyesi arasında değişen dört aday ikili küçük kırmızı nokta tespit etti. Analiz, bu dağılımın farklı kırmızıya kaymalardaki, yani farklı uzaklıklardaki ilgisiz cisimlerin rastlantısal üst üste gelmesiyle açıklanmasının olası görünmediğini ortaya koydu. 40

Yarık kullanılmadan alınan tayf verisi bulunan iki sistemde, çiftlerin her bir bileşeninde aynı gözlenen dalga boyunda bir çizgi saptandı. Bu da bileşenlerin erken evrende gerçekten birbirine yakın olduğu yorumunu destekliyor. 40 Eğer bu kompakt kaynaklar aktif biçimde büyüyen kara delikler barındırıyorsa, yakın çiftler iki nedenle önemli olabilir:

• Galaksi etkileşimleri gazı bozup merkezdeki kara deliklere doğru yönlendirebilir.
• Galaksilerin ve merkezlerindeki kara deliklerin daha sonraki birleşmeleri, kütleyi aşamalı biçimde artırabilir.

Burada temkin payı büyük. Gökyüzü düzleminde birbirine yakın görünen iki kaynak, otomatik olarak kütleçekimsel bağlı bir galaksi çifti değildir. Fiziksel olarak ilişkili olmaları da mutlaka gelecekte kara deliklerinin birleşeceği anlamına gelmez. Şimdilik gözlemler, yakın çevrelerin önemli olabileceğine dair kanıt sayılmalı; birleşmek üzere olan kara deliklerin doğrulanması olarak değil. 40

3. MoM-BH*-1: Yıldız gibi görünen büyüyen kara delik

MoM-BH*-1, küçük kırmızı noktaların yalnızca görünümlerine bakarak sınıflandırılmasının neden zor olduğunu çarpıcı biçimde gösteriyor. Araştırmacılar bu kaynağın en olası açıklamasının, sıradan yıldızlardaki nükleer füzyonla değil, merkezindeki bir kara delikle güçlenen çok yoğun bir gaz bulutu olduğu görüşünde. 1

Sunulan modelde, Güneş’in yaklaşık 100.000 katı kütleye sahip bir kara delik, Güneş Sistemi ölçeğinde devasa bir hidrojen zarfının içinde yer alıyor. Çevredeki gaz, kara deliğe düşen maddenin açığa çıkardığı enerjiyi yeniden işleyerek sisteme yıldızı andıran bir görünüm kazandırıyor. Bu nedenle nesne gayriresmî olarak “kara delik yıldızı” diye anılıyor. 1

Bu yorum doğruysa, önemli bir gözlemsel noktaya işaret eder: Olağanüstü yoğun gazın içine gömülmüş ve hızla madde yutan bir kara delik, alışıldık bir kuasar yerine kompakt kırmızı bir kaynak gibi görünebilir. Dolayısıyla MoM-BH*-1, tüm küçük kırmızı noktalar için bir şablon olmak zorunda değil; daha geniş popülasyon içindeki fiziksel sınıflardan birini temsil ediyor olabilir. 1

Birleşen tablo: Tohum, beslenme ve birleşme

Bu çalışmalar birlikte ele alındığında, erken kara deliklerin hızlı biçimde oluşup büyümesi için katmanlı bir açıklama ortaya çıkıyor:

1. Tohum: Nadir koşullar, standart yıldız oluşumundan önce kara delikler üreterek onlara başlangıç avantajı sağlayabilir. 19
2. Beslenme: Yoğun gaz, hızlı madde yutma evresini sürdürebilir ya da gizleyebilir; büyüyen kara delik bu sırada MoM-BH*-1 gibi kompakt ve kırmızı görünebilir. 1
3. Birleşme: Yakın çiftler ve etkileşim hâlindeki ev sahibi sistemler, hem gaz akışları hem de gelecekteki kara delik birleşmeleri için yeni fırsatlar yaratabilir. 40

Bu yaklaşım, evrenin ilk anlarında oluşmuş çok büyük bir kara delik nüfusuna dayanma ihtiyacını azaltıyor. Ancak yine de gazı verimli biçimde toplayabilen ve gazın sıradan yıldızlara parçalanmasını sınırlayabilen sıra dışı erken evren koşullarını gerektiriyor.

Soruyu ne çözer?

Bir sonraki kritik adım gözlemsel doğrulama olacak. Tayf gözlemleri, daha fazla küçük kırmızı nokta çiftinin fiziksel olarak ilişkili olup olmadığını ve iki bileşenin de madde yutan kara deliklerle uyumlu izler taşıyıp taşımadığını belirleyebilir. Daha büyük örneklemler, yakın eşlikçilerin birleşmeleri başlıca bir büyüme yoluna dönüştürecek kadar yaygın olup olmadığını test edebilir. Daha ayrıntılı tayflar ise yoğun gazla çevrili kara delik modellerini aşırı uç yıldızlar veya kompakt galaksi yorumlarından ayırmaya yardımcı olabilir.

Şimdilik en dengeli sonuç şu: JWST, erken kara delik oluşumu ve büyümesinin birden fazla aşamasını aynı anda görüyor olabilir. Ağır tohumlar, gazla örtülü hızlı beslenme ve galaksi etkileşimleri birbirinin alternatifi değil, birbirini tamamlayan olasılıklar; fakat henüz tüm küçük kırmızı noktalar için doğrulanmış tek bir köken öyküsü değiller.