Kuasar, evrendeki en parlak ve en güçlü cisimler arasında yer alır. Galaksilerin merkezlerinde bulunan süper kütleli kara deliklerin çevrelerindeki maddeyi tüketmesiyle beslenirler ve o kadar fazla enerji üretirler ki milyarlarca ışık yılı öteden görülebilirler.
Uluslararası bir araştırma ekibi, şimdiye kadar keşfedilen en eski 31 kuasarı, bunların arasında bilinen en erken iki örneği de tespit etti. Bu olağanüstü cisimler, evren yalnızca 670 milyon yaşındayken yaklaşık bir trilyon güneşin ışığıyla parlıyordu. Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanan keşif, kozmik tarihin en erken bölümlerinden birine eşi benzeri görülmemiş bir bakış sunuyor.
“Bu cisimler, süper kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğunu anlamak için en iyi ipuçlarını sağlıyor,” dedi UC Santa Barbara ve Leiden Üniversitesi'nde ortak görevi olan fizik profesörü ve makalenin ortak yazarı Joseph Hennawi. “Güneşimizin kütlesinin milyarlarca katı ağırlığındaki bu canavarlar, evren henüz emekleme çağındayken bir şekilde zaten vardı. Bu kadar büyük ve bu kadar hızlı nasıl büyüdüklerini henüz tam olarak anlamış değiliz.”
Kadim Kuasarları Bulmak Neden Bu Kadar Zor?
Onlarca yıldır gökbilimciler, ilk galaksilerin ve süper kütleli kara deliklerin nasıl ortaya çıktığına dair değerli bilgiler taşıdıkları için evrenin en eski kuasarlarını arıyorlar.
Ancak onları bulmak son derece zor. Büyük Patlama'dan yaklaşık 770 milyon yıl sonra oluşan kuasarlar, yalnızca az sayıda galaksinin onları barındıracak kadar büyümesi nedeniyle son derece nadirdir. Loş ışıkları, kendi galaksimizdeki çok daha yakın yıldızlarla kolayca karıştırılabilir.
Bir diğer engel ise evrenin genişlemesinden kaynaklanıyor. Uzay milyarlarca yıl boyunca gerildikçe, bu uzak kuasarların ışığı morötesinden yakın kızılötesine kayar. Dünya'nın atmosferi bu dalga boylarında doğal olarak parladığından, yer tabanlı teleskopların bu tür sönük cisimleri tespit etmesi çok daha zorlaşır.
Gökbilimciler, kırmızıya kayma olarak bilinen bu etkiyi hem mesafeyi hem de yaşı tahmin etmek için kullanır. Kırmızıya kayma ne kadar büyükse, cisim o kadar uzakta ve kozmik tarihte o kadar erken bir dönemde görünür. “7'lik bir kırmızıya kayma bizi evrenin sadece 750 milyon yaşında olduğu, yani şu anki yaşının %6'sından daha az olduğu bir zamana götürür,” dedi Hennawi.
“Bu iki şey, bu mesafelerde kuasar bulmayı inanılmaz derecede zorlaştırıyor,” dedi Leiden Üniversitesi'nde Hennawi'nin grubunda doktora öğrencisi olan başyazar Daming Yang. “Her bir kuasara karşılık, Samanyolu ve yakın galaksilerde görüntüleme taramalarında neredeyse aynı görünen binlerce yıldız var. Ayrıca ışıkları bu mesafelerde kızılötesine kaydığı için, hem bu nadir cisimleri yakalayacak kadar geniş hem de sönük ışıklarını tespit edecek kadar derin bir taramaya ihtiyacımız var.”
Bu sınırlamalar nedeniyle, Dünya yüzeyinden arama yapmak neredeyse imkansız. Uzaydan gözlem yapmak çok daha net bir görüş sağlıyor.
Euclid Uzay Teleskobu 31 Kadim Kuasar Buldu
Avrupa Uzay Ajansı, Euclid uzay teleskobunu 2023 yılında evreni bu kritik dönemde incelemek üzere fırlattı. Dünya atmosferinin üzerinde çalışan Euclid, yer tabanlı gözlemleri sınırlayan kızılötesi parıltıdan kaçınırken, gökyüzünün büyük bölümlerini olağanüstü bir derinlikte tarıyor.
Araştırmacılar, Euclid Geniş Tarama verilerini kullanarak erken evrenden daha önce görülmemiş 31 yeni kuasar belirledi. Tarama tamamlandığında, tüm gökyüzünün üçte birinden fazlasını haritalayacak. Bu yeni keşfedilen kuasarlardan bazıları, evrenin şu anki yaşının yalnızca %5'i kadar olduğu bir döneme tarihleniyor.
Şimdiye kadar gökbilimciler çoğunlukla yalnızca en parlak ve en nadir kadim kuasarları tespit edebiliyordu ve bu da erken kuasar popülasyonunu bir bütün olarak incelemek için çok az örnek bırakıyordu.
“Euclid gerçek bir oyun değiştirici,” dedi Daming. “Önceden, yalnızca bir avuç en parlak kadim kuasarı bulabiliyorduk, ancak Euclid devasa gökyüzü alanlarında çok daha verimli bir şekilde arama yapmamızı ve çok daha sönük ışığı yakalamamızı sağlıyor. Kuasar avcılığı için eşsiz bir araç.”
Evrenin İlk Milyar Yılına Bir Pencere
Araştırmacılar yakın zamanda yeni koleksiyondaki en eski ikinci kuasarı daha ayrıntılı olarak inceledi. Kuasarın, yoğun bir yıldız oluşumu patlaması geçiren tozlu, gaz bakımından zengin bir galaksinin içinde bulunduğunu keşfettiler. Bu durum, en erken süper kütleli kara deliklerin büyüdüğü ortamlar hakkında yeni ipuçları sağlıyor.
Bu yeni keşfedilen kuasarlar, yeniden iyonlaşma çağı olarak bilinen kritik bir dönemden geliyor. Bu dönemde ilk yıldızlar ve galaksiler, bir zamanlar uzayı dolduran nötr hidrojen gazını iyonize ederek erken evreni dönüştürdü. Bu çağ, sonraki kozmosun evrimini şekillendirdi.
Yeni keşfedilen 31 kuasarın 14'ü 7 veya daha yüksek kırmızıya kaymaya sahip. En eski ikisinin kırmızıya kayması 7,69 ve 7,77 olup, onları şimdiye kadar tanımlanmış en erken kuasarlar yapıyor. 13 milyar ışık yılından biraz daha uzakta bulunan bu kuasarlar, evrenin ilk 670 milyon yılı içinde var oldukları şekliyle görülüyor. Ayrıca Hennawi'nin araştırma grubunun 2021'de belirlediği önceki rekoru da geride bırakıyorlar.
“Zamanda her geriye gidiş, bulmacayı daha da kafa karıştırıcı hale getiriyor: Evren, süper kütleli kara delikleri bu kadar çabuk nasıl üretti?” dedi Hennawi. “Evren daha yeni başlarken, güneşimizin kütlesinin yüz milyonlarca katı kara delikler buluyoruz.”
Kozmik Tarihin Daha da Derinlerine Bakmak
Gökbilimciler, gelişmiş teleskoplar ve daha sofistike arama tekniklerinin birleşimi sayesinde kozmik tarihte giderek daha gerilere gitmeyi başardılar. Kırmızıya kayması 7 veya daha yüksek olan ilk 10 kuasarın keşfedilmesi on yıldan fazla sürdü. Euclid, tek bir yılda bundan daha fazlasını buldu ve bu son derece eski cisimlerin bilinen popülasyonunu iki katından fazla artırdı.
Makine öğrenimi de aramanın önemli bir parçası haline geldi. Hennawi'ye göre, gelişmiş algoritmalar artık on milyonlarca astronomik kaynağı inceleyip birkaç gerçek kuasarı, onlara benzeyen çok sayıda yıldız ve galaksiden ayırabiliyor.
Hennawi'nin ekibi, bu keşiflerde kullanılan algoritmaların çoğunu geliştirmek için yıllar harcadı. Ayrıca, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki gökbilimcilerin Keck teleskopları tarafından toplanan gözlemleri işlemek için kullandığı PypeIt yazılımının geliştirilmesine de öncülük ediyor. Kaliforniya Üniversitesi'nin gözlem erişimi sayesinde Keck, yeni keşfedilen kuasarların üçte ikisini, en uzak üç örnek de dahil olmak üzere doğruladı.
Araştırmacılar şimdi, kırmızıya kayması 8'in üzerinde olan, yani evrenin ilk 630 milyon yılı içinde var olmuş bir cismi ortaya çıkaracak ilk kuasarı keşfetmeyi hedefliyor.
James Webb ve ALMA Bu Kadim Devleri İnceleyecek
Bu kuasarları bulmak sadece bir başlangıç. Ekip, birçoğunu ayrıntılı olarak incelemek için James Webb Uzay Teleskobu ile gözlem zamanı ayırdı bile. Gelecekteki gözlemler, kara deliklerinin kütlelerini ölçecek, çevreleyen gazın kimyasını analiz edecek ve yeniden iyonlaşmanın genç evrende nasıl geliştiğini izlemek için ışıklarını kullanacak.
Bu arada, Atacama Büyük Milimetre Dizisi, bu kadim kuasarlara ev sahipliği yapan galaksilerin içindeki tozu, gazı ve yıldız oluşumunu inceleyerek en erken büyük galaksilerin nasıl evrimleştiğine dair daha net bir resim sunacak.
“Daha büyük vizyon, tüm bunları tutarlı bir zaman çizelgesinde birleştirmek,” dedi Hennawi: “ilk milyar yılın bir kuasar kroniği.”
Bu habere Daming Yang, Antoine Basset ve Euclid Konsorsiyumu'ndan Jean-Charles Cuillandre katkıda bulunmuştur.
