Webb ve ALMA tozla örtülü bir kuasar buldu: J1440+0019 evrenin ilk milyar yılında hızla büyüyor

James Webb Uzay Teleskobu ile Şili'deki ALMA dizisinin ortak gözlemleri, evren bir milyar yaşını doldurmadan önce tozla örtülü halde hızla büyüyen bir süper kütleli kara deliği ortaya koydu. Leiden Gözlemevi'nden Daming Yang'ın öncülüğündeki ekibin 9 Ekim'de arXiv'de paylaştığı çalışmaya göre J1440+0019 adlı kuasar, kırmızıya kayması 6,5488 olan ve yaklaşık 1 milyar Güneş kütlesinde bir kara delik barındıran "kırmızı" bir kuasar. Makale henüz hakem değerlendirmesinden geçmiş değil.

Kuasar, çevresindeki maddeyi yutarken muazzam ışık saçan aktif bir galaksi çekirdeği. Kırmızıya kayma ise evrenin genişlemesiyle ışığın dalga boyunun uzama miktarı; 6,55 değeri, ışığın evrenin henüz çok genç olduğu bir dönemden yola çıktığını gösteriyor. Bu dönem, ilk yıldız ve galaksilerin morötesi ışığının nötr hidrojeni iyonlaştırdığı yeniden iyonlaşma çağına denk geliyor.

Neden toz önemli?

Makalenin girişine göre bu çağdan bugüne kadar birkaç yüz kuasar bulundu ve neredeyse tamamı, durağan çerçevede parlak morötesi ışıkları sayesinde seçildi. Bu yöntem, az miktarda tozla bile kızarmış kuasarları gözden kaçırmaya yatkın; çünkü toz tam da morötesi ışığı soğuruyor. Bu yüzden 6'nın ötesindeki kırmızı kuasar örneği çok küçük ve bu nesnelerin çekirdek ile ev sahibi galaksi özellikleri iyi bilinmiyor.

J1440+0019, Japonya'nın Subaru teleskobuyla yürütülen ve sönük kuasarları arayan SHELLQs taramasında bulunmuştu. Webb, cismi yeniden iyonlaşmanın tarihini ölçmeyi amaçlayan ve 27 sönük kuasarı hedefleyen bir gözlem programı kapsamında NIRSpec tayfçekeriyle inceledi. ALMA ise 7 Mart 2024'te yalnızca 5,5 dakikalık bir gözlemle ev sahibi galaksinin soğuk gazını ve tozunu ölçtü.

Gözlemler ne gösterdi?

Webb tayfının biçimi, Küçük Macellan Bulutu'ndaki toza benzeyen bir sönümleme yasasıyla en iyi şekilde açıklanıyor. Ekip cismi "kırmızı tip-1 kuasar" olarak tanımlıyor: çekirdek doğrudan görülüyor, ama görüş hattındaki orta düzeyde tozun ardından. Azot, silisyum ve karbon iyonlarına ait üç soğurma sistemi saniyede yaklaşık 900 ile 3.600 kilometre arasında bize doğru kaymış görünüyor; bu, çekirdekten dışa doğru esen iyonlaşmış bir akışın izi olabilir.

Geniş magnezyum salma çizgisi ve tozun etkisinden arındırılmış ışık, kara delik kütlesi için yaklaşık 1,1 milyar Güneş kütlesi veriyor; bu değerin belirsizliği iki-üç kat düzeyinde. Kuasar, Eddington sınırının yaklaşık yüzde 80'iyle ışıyor. Eddington sınırı, kara deliğe düşen maddenin yaydığı ışınımın basıncının kütleçekimini dengelediği en yüksek parlaklık; bu orana yakın ışıması, kara deliğin çok hızlı madde yuttuğunu gösteriyor.

ALMA verileri ise ev sahibi galaksinin, iyonlaşmış karbon salmasında 6'nın ötesinde bilinen en parlak kaynaklar arasında olduğunu ortaya koydu. 47 kelvinlik varsayılan toz sıcaklığıyla toz kütlesi yaklaşık 400 milyon Güneş kütlesi, toplam kızılötesi parlaklık ise yaklaşık 8,9 trilyon Güneş parlaklığı olarak hesaplandı. Bu değerler toz sıcaklığı varsayımına bağlı. Ekibe göre çekirdeği kızartan toz miktarı yakın evrendeki orta düzeyde kızarmış kuasarlarınkine benzerken, galaksideki toz deposu yoğun biçimde örtülü sistemleri andırıyor.

Sırada ne var?

Araştırmacılar, birkaç dakikalık ALMA gözleminin gaz ve tozun temel izlerini çıkarmaya yettiğini, bunun da kırmızı kuasar adaylarını düşük maliyetle ayıklamanın bir yolu olabileceğini belirtiyor. Euclid ve Roman gibi geniş alanlı kızılötesi taramaların, morötesi seçiminin kaçırdığı bu nüfusu çok daha eksiksiz biçimde ortaya çıkarması bekleniyor. Açık soru, erken evrendeki kara deliklerin ne kadarının böyle tozun ardında saklandığı; bu yanıt, ilk süper kütleli kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğü sorusunu da doğrudan etkileyecek. Aynı dönemi simülasyonla inceleyen Lumina simülasyonunu da daha önce aktarmıştık.