Evrenin en eski kompakt kuasar çifti bulundu: Büyük Patlama'dan 900 milyon yıl sonra

Büyük Patlama'dan yalnızca 900 milyon yıl sonrasından gelen ışık, şimdiye dek bulunan bilinen en eski kompakt kuasar çiftini ele verdi. NSF NOIRLab'ın 10 Kasım'da duyurduğu keşfe göre J1602+4228AB adlı sistemde, iki süper kütleli kara delik yalnızca yaklaşık 18.100 ışık yılı arayla ve ikisi de madde yutarak parlıyor. Araştırma ekibi sisteme Hawai dilinde Nāpōwawāʻenakaulua adını verdi.

Kuasar, merkezindeki süper kütleli kara deliğe gaz ve yıldız düştükçe tüm ev sahibi galaksisinden daha parlak hale gelen çekirdek demek. Çalışma The Astrophysical Journal Letters dergisinde yayımlandı; baş yazar NOIRLab'da doktora sonrası araştırmacı olan Silvia Onorato.

Neden bu kadar nadir?

Gökbilimciler galaksilerin etkileşip birleşmesinin evrende yaygın olduğunu biliyor. Bu yüzden, bir galaksinin boyutundan daha az aralıklı kuasar çiftlerinin de bol bulunması bekleniyor. NOIRLab'ın açıklamasına göre bunları yakalamak üç nedenle zor: bir kara deliğin kuasar evresi kısa sürüyor, nesneler çok uzakta olduğu için sönük kalıyor ve bu kadar küçük açısal aralıkta iki kaynağı ayırt etmek güç.

Bu sistem, kozmik şafak olarak adlandırılan erken dönemde bulunan üçüncü kuasar çifti. Ayrıca bilinen en sıkışık kuasar çifti olması da onu öne çıkarıyor.

Webb'in verisinde fark edilen eşlikçi

Keşif planlı bir aramanın ürünü değil. Emanuele Paolo Farina'nın yönettiği Aether adlı JWST programı, evrenin ilk dönemindeki nesnelerin bir sayımını çıkarmayı hedefliyor. Program, Webb'in NIRSpec cihazının görüntüleme spektrografı (integral alan birimi) ile 200 kuasar gözledi; NOIRLab bunun, bu kozmik dönemde bilinen tüm kuasarların yüzde 43'ü olduğunu belirtiyor. Ekip veriyi gözle incelerken J1602+4228A kuasarının yanında bir eşlikçi olduğunu gördü.

İkiliyi tek tek ayırmak için Maunakea'daki Gemini North teleskobunun GNIRS cihazıyla izleme gözlemleri yapıldı. Onorato'ya göre B bileşeni o kadar sönük ve A'ya o kadar yakın ki yerden gözlenmesi neredeyse imkânsız olmalıydı; ancak gökyüzü o kadar temiz ve keskindi ki veri yalnızca iki gecede toplandı. GMOS cihazıyla yapılan ek gözlemler sistemin özelliklerini daha da sınırladı.

Sayılarla Nāpōwawāʻenakaulua

Dergi makalesinin özetine göre iki kuasar gökyüzünde 0,98 yay saniyesi aralıklı; bu, z ≈ 6,08 kırmızıya kayma değerinde yaklaşık 5,56 kiloparsek (kpc) ediyor. İkisinin bakış doğrultusundaki hız farkı yalnızca yaklaşık 15 km/s. Kara delik kütleleri yaklaşık 1,5 milyar ve 400 milyon Güneş kütlesi olarak tahmin ediliyor. Kütleler, hidrojenin Hβ salma çizgisine dayanan yöntemle kestirildi.

Makale ayrıca iki kara deliğin Eddington oranlarını yaklaşık 1,23 ve 1,07 olarak veriyor. Eddington oranı, bir kara deliğin madde yutma hızının, ışınımın dışarı itme kuvvetinin dengelediği sınıra oranı. Değerlerin 1 civarında ya da üstünde olması, ikisinin de en hızlı büyüme biçimlerinden birinde olduğunu gösteriyor.

Makale, erken evrendeki bilinen diğer kuasar çiftlerini de sıralıyor. Bunlardan z ≈ 6,05'teki J1215−0148 sisteminin aralığı yaklaşık 12 kpc ve çift olma niteliği makaleye göre hâlâ net değil; z ≈ 5,66'daki J2037−4537'nin aralığı ise yaklaşık 7,3 kpc. Yeni çift 5,56 kpc ile bunların hepsinden daha sıkışık.

Kütle bulmacası

Onorato'nun sözleriyle, bu kadar erken bir dönemde tek bir dev kuasarın bile nasıl var olduğuna dair kesin bir kuramsal açıklama yok, ikisinin birden bulunması ise sorunu büyütüyor. Onorato, evrenin o zaman bugünkü yaşının küçük bir kesrinde olduğunu, buna rağmen kara deliklerin bugün görülenler kadar kütleli olduğunu vurguluyor.

Ekip, bu çiftin evrenin erken dönemindeki madde yoğunluğu alanında aşırı bir tepeyi işaret ediyor olabileceğini öne sürüyor. Buradaki fikir şu: galaksi etkileşimleri yıldız oluşumunu ve kara deliklerin hızlı büyümesini aynı anda beslemiş olabilir. Makaledeki kümelenme analizi, sistemin beklenen rastgele dağılıma göre yaklaşık 2-3 büyüklük mertebesi fazla olduğunu söylüyor.

Ne henüz kesin değil?

Makalenin kendisi sistemi kesinleşmiş bir çift değil, "aday" çift olarak niteliyor. NOIRLab'ın notuna göre GMOS gözlemleri, öndeki bir kütleçekim merceğinin ikinci, sönük kuasarı sahte bir görüntü olarak yaratıp yaratmadığını sınamak için kullanıldı. İki kuasarın tayf biçimlerindeki farklar ekibi gerçek bir fiziksel çift yönünde ikna etti, ancak mercek olasılığını kesin olarak dışlamak için bir mercek modeli gerekiyor. Yazarlar ayrıca tek bir çiftten kesin sonuç çıkarılamayacağını, bu ölçekteki kuasar kümelenmesini sınırlamak için bu tür sistemlerden oluşan istatistiksel bir örnek gerektiğini söylüyor.

İsmin hikâyesi

Nāpōwawāʻenakaulua, "Isının parlaklığında evrene yeniden enerji veren iki derin ve güçlü karanlık gök cismi" gibi çevrilebilen bir ad. İsim, ʻImiloa Astronomy Center ile Hawaiʻi Üniversitesi'nin Hawai Dili Koleji'nin yürüttüğü A Hua He Inoa programı kapsamında, Larry Kimura tarafından oluşturuldu. Aynı programın daha önce adlandırdığı iki nesneye de gönderme yapıyor: 2019'da görüntülenen ilk kara delik Pōwehi ve 2020'de keşfedildiği sırada en uzak kuasar olan Pōniuāʻena.

Sırada ne var?

Makaleye göre ayrıntılı kinematik inceleme ve mercek modeli ayrı çalışmalara bırakıldı. Bu sonuçlar, sistemin gerçekten birleşmekte olan iki galaksinin ürünü mü yoksa alışılmadık yoğunlukta bir ortamın parçası mı olduğunu netleştirebilir. Daha fazla benzer çift bulunursa, erken evrendeki dev kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğü sorusuna da daha sağlam veri gelmiş olacak.