Webb'in küçük kırmızı noktası QSO1, ilkel bir kara delikten büyümüş olabilir

James Webb Uzay Teleskobu'nun erken evrende bulduğu gizemli "küçük kırmızı noktalar"dan biri, kara deliklerin yıldızlardan önce de var olabileceği fikrini sınamak için kullanıldı. Johns Hopkins Üniversitesi'nden Valerio De Luca ve Loris Del Grosso'nun Physical Review Letters'ta yayımlanan çalışması, QSO1 adlı kaynağın merkezindeki kara deliğin, evrenin ilk anlarında oluşmuş küçük bir "ilkel kara delik"in çevresindeki gazı yutarak büyümesiyle açıklanabileceğini gösterdi. Çalışma bunun böyle olduğunu kanıtlamıyor, ama senaryonun gözlemlerle çelişmediğini ortaya koyuyor.

Küçük kırmızı noktalar neden bilmece?

Küçük kırmızı noktalar, Webb'in derin görüntülerinde beliren, çok yoğun ve kırmızı renkli kaynaklar. Makaleye göre bu cisimler, barındırdıkları yıldız miktarına göre yakın evrendeki ilişkilerin öngördüğünden çok daha ağır, dev kara delikler taşıyor olabilir. Bu da standart gökada oluşum modellerini zorluyor: Bu kadar erken bir dönemde bu kadar büyük kara deliklerin nasıl oluştuğu açık değil. Uzay Gündem, kırmızıya kayması 10'u aşan en uzak küçük kırmızı nokta adayını da kısa süre önce aktarmıştı.

Sıradan, yani "astrofiziksel" kara delikler, büyük kütleli yıldızların ömürlerinin sonunda kendi üzerine çökmesiyle doğuyor. İlkel kara delikler ise kuramsal bir olasılık: Büyük Patlama'nın hemen ardından, evren hızla genişlerken maddedeki yoğunluk dalgalanmalarının doğrudan çökmesiyle, yani ilk yıldızlardan önce oluşmuş olabilecekleri düşünülüyor. Bu fikir 1970'lerde Stephen Hawking tarafından ortaya atıldı, ancak ilkel kara deliklerin varlığına dair doğrudan bir kanıt bugüne kadar bulunamadı.

QSO1 neden iyi bir sınav?

QSO1, Pandora Kümesi olarak da bilinen Abell 2744 gökada kümesinin kütleçekimsel mercek etkisiyle büyütülmüş bir kaynak. Büyük Patlama'dan yaklaşık 700 milyon yıl sonraki hâliyle görülüyor. Onu diğer küçük kırmızı noktalardan ayıran özellik, kimyasal olarak neredeyse "bakir" olması: Ağır element oranı (metallik) son derece düşük. Bu, evrenin ilk dönemine özgü, yıldızların henüz ağır elementlerle zenginleştirmediği bir ortama işaret ediyor. Makaleye göre QSO1'in hem büyük kütlesi hem de bu düşük metalliği, olası oluşum yolları için katı bir sınav oluşturuyor.

Üç yol, bir aday

Araştırmacılar, dev kara deliklerin ilkel kökenden gelip gelemeyeceğini üç adımda inceledi. İlk olarak, bu büyüklükteki kara deliklerin erken evrende doğrudan bu kütleyle oluşmasının kozmik mikrodalga arka ışımasının tayfındaki bozulmalara dair (μ-bozulması) sıkı ölçüm sınırlarıyla dışlandığını gösterdiler. Bu kadar büyük ilkel kara delikler oluşsaydı, Büyük Patlama'nın kalıntı ışımasında bugün görmediğimiz bir iz bırakmaları gerekirdi.

İkinci adımda, gözlemlerin izin verdiği daha hafif ilkel kara deliklerin art arda birleşerek büyüyüp büyüyemeyeceğine baktılar. Bu yolun birleşme geçmişine bağlı olarak işleyebildiği, ancak gereken yüksek kırmızıya kaymalı karanlık madde halelerinin seyrekliği nedeniyle gözlemleri açıklamakta zorlandığı sonucuna vardılar.

Üçüncü ve en olası görünen senaryoda ise orta kütleli ilkel kara deliklerin gaz yutarak büyümesini, ortamın metalliğinin zamanla nasıl değiştiğini de izleyerek hesapladılar. Bu durumda, parametre uzayının bazı bölgelerinde küçük kırmızı noktaların gözlenen özelliklerinin yeniden üretilebildiği görüldü. QSO1 için de en uygun açıklama, küçük bir ilkel kara deliğin çevresindeki gazı yutarak bugünkü boyutuna ulaşması oldu. Del Grosso, ilkel kara deliklerin küçük kırmızı noktalar olabileceği fikrine açık olan kapıyı, bazı senaryoların ötekilerden daha olası olduğunu göstererek biraz daha araladıklarını söylüyor.

Kanıt değil, olasılık

Çalışmanın sınırı açık: Modeller, ilkel bir kara deliğin gaz yutarak QSO1'i açıklayabileceğini ve bunun kozmolojik kısıtlarla çelişmediğini gösteriyor, ama ilkel kökeni kanıtlamıyor. De Luca da küçük kırmızı noktaların astrofiziksel kara delikleri çevreleyebileceğini ve büyük olasılıkla birçoğunun öyle olduğunu kabul ediyor. Asıl soru, hangilerinin ilkel olabileceği ve bunun nasıl ayırt edileceği.

Araştırmacılara göre ilkel kara deliklerin varlığını kesin olarak kanıtlamak için, astrofiziksel bir kara delik olamayacak kadar hafif ya da yıldızlardan önce var olduğunu gösterecek kadar yaşlı bir kara delik bulmak gerekiyor. Ekip bir sonraki adımda, gözlenip kataloglanan yaklaşık 100 küçük kırmızı noktadan kaçının ilkel kara delik olabileceğini incelemeyi planlıyor. Böyle bir keşif yalnız gökbilim için değil, Büyük Patlama'nın hemen ardından ne olduğunu anlamaya çalışan temel fizik için de büyük bir adım olur.