Evrenin ilk zamanlarındaki devasa kara delikler yıldızsız oluşmuş olabilir

Kara delikler normalde büyük bir yıldız patlamasının hemen ardından oluşur ve çevresindeki gaz rezervleriyle beslendikçe kütlesi artar. Bir kara deliğin süper kütleli kara delik olması milyonlarca yılını alır. Oysa bilim insanları gözlemlerini evrenin ilk zamanlarına çevirdiğinde süper kütleli kara deliklerle ilgili ilginç bulgular elde ettiler. Nasıl oluyordu da bu kara delikler bu kadar devasa olabiliyordu?

Şu anda Yale Üniversitesi’nde astrofizikçi olarak çalışan Priyamvada Natarajan ve meslektaşları 2006 yılında göz disklerinin nasıl yıldıza gerek kalmadan direkt anormal büyüklükte bebek kara deliklere çökebildiğine yönelik bir tez öne sürdü. Geçen yıl James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Chandra X-ışını Gözlemevi’nin ortak gözlemlerinde Natarajan’ın tahminini doğrulayacak bir kara delik tespit edildi.

Natarajan Scientific American’a geçen yılki bulguların kendi çalışmasını nasıl kanıtlar nitelikte olduğunu açıkladı. 10Haber bu mülakatın çevirisini sizlerle paylaşıyor. Dilerseniz orijinal metni buradan okuyabilirsiniz.

Kara delikler ve nasıl oluştukları üzerine çalışmaya sizi iten şey ne oldu?

Evrendeki görünmez varlıklar daima ilgimi çekmiştir. Çalışmalarım esasen evrenin karanlık bileşenlerinin (karanlık madde, karanlık enerji ve kara delikler) doğasını temel düzeyde anlamaya çalışmak üzerine. Bu nesneleri oldukça baştan çıkarıcı ve esrarengiz buluyorum. Bildiklerimizin ne kadar sınırlı olduğunu, bilinen fizik yasalarının cevapsız kaldığı noktaları bizlere hatırlatıyorlar.

Son yıllarda kara delikler matematiksel bir kavram olmaktan çıkıp gözlemleyebildiğimiz gerçek yapılar haline geldi ve galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamlandırmamızda merkeze oturuverdiler. Evrende her boyutta kara delik var. Kozmik envanterimizin önemli bir parçasını oluşturuyorlar, bu nedenle ortaya nasıl çıktıklarını anlamamız gerekiyor.

Kara delik oluşumu hakkında bilmediklerimiz neler?

Kara delikler yıldızlar öldüğünde doğar. Büyük kütleye sahip yıldızlar çöktüklerinde geriye bıraktıkları şey küçük bir kara deliktir. Bu herkesin bildiği bir doğuş hikayesi zaten.

Ama yaklaşık 20 yıl önce Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması gibi görevlerle evrenin daha da gerisine bakmaya başladığımızda, evren yalnızca bir, iki milyar yaşındayken kütleleri büyük kara deliklere rastladık. Bunlar Güneş’in kütlesinin yaklaşık bir milyar katı büyüklüğündeydi. Kara deliklerin beslenmeyi sevdiğini bildiğimiz hızı düşündüğümüzde patlayan ilk yıldızlardan elde edilen küçük tohumların böylesine devasa kara delikleri oluşturacak kadar yeterli zamanları olmadığını söyleyebiliriz. Sonraki birkaç yılda bunların hiç de öyle nadir bulunan yapılar olmadığını görmeye başladık. Evrenin çok erken dönemlerinde süper kütleli kara deliklerden oluşan azımsanmayacak sayıda yapılar vardı. İşte bilinmezlik de burada ortaya çıktı.

Bazı gökbilimciler kara deliklerin bildiğimiz limitin üstünde bir hızla beslenme yolları olup olmadığını araştırmaya başladı. Teorik olarak var bu arada. Ama bunun bizleri ikna edecek gözlemleriyle henüz karşılaşmadık. Ben de merak etmeye başladım, ya kara delikler yolculuklarına aslında daha büyük tohumlarla başlıyorsa? Ekibim ve ben, eğer ki yakındaki bir galaksinin yıldızından yayılan gaz diski varsa yıldız oluşum sürecinin es geçilip kara deliğe çöküşün gerçekleşebileceğini fark ettik. Böyle bir durumda çöken kara delik doğduğunda çok daha büyük olacaktı, Güneş’in bin ila 10 bin katı kadar. Bu kara delik sonrasın yakındaki bir galaksiyle birleşip bugün gördüğümüz boyutlara kolayca ulaşabilir.

Bu öneriniz gökbilimciler arasında nasıl karşılandı?

Pek çoğu karşı çıktı. “Fikriniz iyi hoş da bu süreç evrende gerçekleşecek kadar etkili mi?” dediler. O zamanlar evrenin başlangıcını bugünkü gibi gözlemleyemiyorduk. İlk tohumların oluşumunu izlemek için evrenin oluşumundan sonraki ilk bir milyar yıllık döneme bakmamız gerekiyordu.

Bu yüzden JWST’nin bize vadettikleri çok cezbediciydi. Bizi bu alanda çalışmaya devam etmek için motive etti. Doğrudan çöken kara deliklere kanıt bulmak için ne gibi işaretlere odaklanmamız gerektiğini düşünmeye başladık ve aklımıza bir fikir geldi. Yakın galaksilerde tüm yıldızların kütlesi, merkezindeki kara deliğin kütlesinin bin ila 10 bin katı kadardır. Ancak doğrudan çöküş senaryolarında kara deliğin kütlesi kısa süreliğine yıldızların kütlesiyle kıyaslanabilir bir durumda olabiliyor. Bu da galaksideki tüm yıldızları gölgede bırakacak son derece parlak, beslenmeye devam eden bir kara delik göreceğimiz anlamına geliyor. Bu galaksilerden birini hem X-ışını hem de kızılötesi ışıkta görüntüleyebilseydik merkezindeki aşırı büyük kara deliğin izlerine rastlayabilirdik.

Ama JWST ve Chandra’nın yardımıyla bile erken dönem kara delik tohumlarının oluşumuna doğrudan tanık olabileceğimiz kadar uzağı göremiyoruz. Sonra doğa bize bir kıyak geçseydi karanlık madde bakımından zengin bir galaksi kümesinin kütleçekimsel mercek etkisi* sayesinde uzaktaki galaksileri tespit edebileceğimizi fark ettim. Hubble Uzay Teleskobu ile bu yerçekimsel merceklerden bazılarının haritasını çıkarmaya çalıştım ve yeni teleskoplarımızın Abell 2744 denen galaksi kümesine odaklanmasını istedim. Karanlık madde haritasının içini dışını biliyordum. Umutluydum ama bunun karanlığa kurşun sıkmak olduğunu da biliyordum.

*Kütle çekimsel mercek etkisi, uzaktaki bir galaksiden gelen ışığın, önündeki büyük bir kütlenin çekim etkisiyle bükülmesi ve büyütülmesi anlamına gelir. Bu etki, uzaktaki galaksilerin daha net ve ayrıntılı bir şekilde gözlemlenmesini sağlar.

Peki nasıl sonuçlandı?

Geçen yılın başlarında Abell 2744 merceğinin arkasındaki galaksileri Chandra sayesinde görmüş olan meslektaşım astrofizikçi Akos Bogdan’dan telefon aldım. Dedi ki, “Müsait misin? Sanırım bir şey bulduk?” Tamamen tesadüf eseri bir galaksiden gelen spektrum, 2017’deki varsayımsal tespitin tahmin grafikleriyle inanılmaz derecede uyuştu. İnanılmazdı. Elimizdeki şey evrenin erken dönemlerinde kara deliklerin doğrudan çökerek oluştuğuna dair çok ikna edici kanıtlardı. Yani artık varsayım olmaktan çıkmıştı.

Kara delik tohumlarını oluşturmanın başka yolları da olabilir elbette. Bundan sonra yapacağım şey de bu. Diğer yolları ve bunların gözlemlerini nasıl yapabileceğimizi bulmaya çalışmak. Pandora’nın heyecanlandırıcı sorularla dolu kutusunu açmak gibi bir şey.

Samanyolu’nda şimdiye kadarki en büyük yıldız kütleli kara delik keşfedildi