Webb'in gördüğü sıkışık yıldız kümeleri kara delik tohumlarının doğum yeri olabilir

James Webb Uzay Teleskobu'nun evrenin ilk milyar yılında yakaladığı sıkışık yıldız kümeleri, süper kütleli kara deliklerin "tohumlarının" doğum yeri olabilir. Roma Sapienza Üniversitesi Fizik Bölümü'nden Viola Bocchi, Matías Liempi ve Dominik R. G. Schleicher'in Astronomy & Astrophysics dergisinin Ağustos 2026 sayısında yayımlanan çalışması, bu kümelerin merkezlerinde yıldız çarpışmalarıyla Güneş'in birkaç yüz ila birkaç bin katı kütlede kara delikler oluşabileceğini hesaplıyor.

Bu kütle aralığındaki cisimlere orta kütleli kara delik (İngilizce kısaltmasıyla IMBH) deniyor. Yıldızların ölümünden doğan kara delikler ile gökadaların merkezindeki milyonlarca, milyarlarca Güneş kütleli devler arasında kalan bu sınıf, süper kütleli devlerin nasıl bu kadar büyüdüğü sorusunda kayıp halka olarak görülüyor.

Sorun: Dev kara delikler bu kadar erken nasıl büyüdü?

Webb, evrenin çok genç olduğu dönemlerde bile büyük kütleli kara delikler barındıran gökadalar gösteriyor. Hafif bir tohumdan, örneğin evrenin ilk yıldızlarından kalan yaklaşık 100 Güneş kütleli bir kara delikten başlayan bir büyüme, bu kısa sürede yetişemeyebilir. Bu yüzden araştırmacılar daha ağır başlangıç noktalarının, yani "ağır tohumların" nasıl oluşabileceğini sorguluyor. Makalenin girişinde sayılan seçenekler arasında gaz bulutlarının doğrudan çökmesi ve yoğun yıldız kümelerindeki ardışık çarpışmalar var.

Çarpışma senaryosunda, kümenin yoğun çekirdeğinde yıldızlar birbirine çarpıp birleşerek çok büyük kütleli tek bir yıldız oluşturuyor; bu yıldız da sonunda kara deliğe dönüşüyor. Senaryonun işlemesi için kümenin hem çok kütleli hem de çok sıkışık olması gerekiyor.

Webb'in iki "mücevher" kümesi

Ekip modeli, Webb'in kütleçekimsel mercek etkisi sayesinde ayrıntılı görebildiği genç kümelere uyguladı. Bunların en çarpıcısı, Kozmik Mücevherler (Cosmic Gems) yayı. ESA/Webb'in 2024 tarihli duyurusuna göre Webb bu yayda, evren yaklaşık 460 milyon yaşındayken ışık saçan beş genç ve büyük kütleli yıldız kümesi bulmuştu. İkinci örnek ise Büyük Patlama'dan yaklaşık 600 milyon yıl sonrasından görülen ve on ayrı yıldız kümesi barındıran Ateşböceği Pırıltısı (Firefly Sparkle) gökadası.

Makaleye göre bu sistemlerin kütleleri Güneş'in 100 bin ila 10 milyon katı arasında, kütlelerinin yarısını içeren bölgenin yarıçapı ise yaklaşık 0,4 ila 15 parsek (1 parsek yaklaşık 3,26 ışık yılı). Bu kadar kütleli kümeleri yıldız yıldız simüle etmek bugünkü bilgisayarlarla mümkün olmadığından ekip, kümenin çekirdeğinin evrimini Fokker-Planck adı verilen istatistiksel bir yöntemle izledi; çarpışmalar ve yıldız rüzgârlarıyla kaybedilen kütle için de daha küçük kümelerin ayrıntılı simülasyonlarıyla sınanmış analitik bir model kullandı.

Sıkışık kümeler daha ağır tohum üretiyor

Hesaplar, incelenen kümelerde tipik olarak 100 ila 4.000 Güneş kütlesi arasında kara delikler oluşabileceğini gösteriyor; bu, kümenin toplam kütlesinin yüzde birkaçına denk geliyor. Fark, kümelerin ne kadar sıkışık olduğundan kaynaklanıyor. Yarı kütle yarıçapı yaklaşık 1 parsek olan Kozmik Mücevherler kümelerinde öngörülen kara delik kütlesi 1.600 ila 2.700 Güneş kütlesi. Daha yayvan Ateşböceği kümelerinde ise bu değer yaklaşık 180 ila 810 Güneş kütlesine düşüyor.

Araştırmacılara göre bir başka belirleyici etken, kümelerin ağır element bakımından çok fakir olması. Bu tür yıldızlar rüzgârla daha az kütle kaybettiği için çarpışmalarla büyüyen dev yıldız kütlesini koruyabiliyor. Ekip, en büyük tohumların evrenin ilk milyar yılında görülen süper kütleli kara deliklere büyümek için hafif tohumlara göre çok daha az zamana ihtiyaç duyacağını ve Webb'in keşfettiği "küçük kırmızı noktalar" adlı gizemli cisimlerin kara deliklerine de bu yolla başlangıç sağlanmış olabileceğini öne sürüyor.

Belirsizlikler büyük

Yazarlar tahminlerin en az birkaç kat belirsizlik taşıdığını açıkça belirtiyor. Kümelerin ikili yıldız oranı, dönüşü, iç yapısı ve yıldız kütle dağılımı bilinmiyor. Özellikle yıldız çarpışmaları sırasında ne kadar kütle kaybedildiği tartışmalı: Bazı modeller kaybın küçük olduğunu söylerken, bazıları kaybın çarpışmalarla kazanılan kütleyi bile aşabileceğine işaret ediyor. Çalışma bir gözlem değil, gözlenen kümelere uygulanmış bir model; bu kümelerde kara delik henüz doğrudan tespit edilmiş değil.

Ekip, bu tür orta kütleli kara deliklerin birleşmelerinin ileride ESA'nın LISA uzay gözlemevi ve Einstein Teleskobu gibi kütleçekim dalgası dedektörleriyle izlenebileceğini hatırlatıyor. Böyle bir sinyal, tohumların gerçekten bu yoğun kümelerde doğup doğmadığını sınamanın yollarından biri olabilir.