JWST-dən izaholunmaz qırmızı nöqtə

Yeni Kosmik Sirr: James Webb Kosmik Teleskopu Tərəfindən Aşkar Edilən Qırmızı Nöqtələr

2022-ci ilin yayında, James Webb Kosmik Teleskopu (JWST) ilk elmi təsvirlərini göndərməyə başlayandan cəmi bir neçə həftə sonra, astronomlar gözlənilməz bir nümunə ilə qarşılaşdılar: yeni müşahidələrdə səpələnmiş çoxsaylı kiçik qırmızı nöqtələr. Bu son dərəcə kompakt, fərqli qırmızı obyektlər JWST-nin həssaslığı sayəsində heyrətamiz aydınlıqla göründü və onların sayı gözləntilərdən qat-qat çox idi. Bu kəşf, Hubble Kosmik Teleskopunun aşkar edə bilmədiyi, yeni bir uzaq kosmik mənbələr populyasiyasının mövcudluğunu göstərirdi. Bu məhdudiyyət məntiqli idi. Astronomiyada "çox qırmızı" bir obyekt onun işığının əksər hissəsini uzun dalğa uzunluqlarında yayması deməkdir. Bu kiçik qırmızı nöqtələr işıqlarının böyük hissəsini metrin on milyonda birindən daha uzun, yəni orta infraqırmızı diapazonda yayır. Hubble bu cür uzun dalğa uzunluqlarını müşahidə edə bilmir, JWST isə məhz onları ələ keçirmək üçün layihələndirilmişdir.

Kainatın Erkən Çağlarında Görüntülənən Məsafəli Obyektlər

Sonrakı məlumatlar bu obyektlərin fövqəladə dərəcədə uzaq olduğunu təsdiqlədi. Hətta bizə ən yaxın olanların belə işığı 12 milyard il səyahət edərək gəlib çatmışdı. Kosmosda uzağa baxmaq eyni zamanda zamanda geriyə baxmaq demək olduğundan, biz bu obyektləri 12 milyard il əvvəl, təxminən Böyük Partlayışdan 1.8 milyard il sonra göründükləri kimi müşahidə edirik.

Ilkin Fərziyyələr: Nəhəng, Gənc Qalaktikalar

Bu kəşf çətin suallar ortaya qoydu. İstənilən astronomik müşahidəni şərh etmək üçün tədqiqatçılar müxtəlif növ obyektlərin necə görünməli olduğunu təsvir edən modellərə güvənirlər. Astronomlar bir ulduzu yalnız onun cazibə qüvvəsi ilə bir yerdə tutulan, nüvə sintezi yolu ilə enerji yaradan nəhəng plazma kürələri olduğunu bildikləri üçün inamla müəyyən edə bilirlər. Onlar həmçinin ulduzların təsvirlərdə və onların spektrləri kimi tanınan işıq ölçmələrində necə görünməli olduğunu bilirlər. Bir obyekt həm görünüşə, həm də spektrə uyğun gəldikdə, etibarlı şəkildə təsnif edilə bilər.

Lakin kiçik qırmızı nöqtələr heç bir tanış kateqoriyaya uyğun gəlmirdi, buna görə astronomlar daha ekstremal izahları nəzərdən keçirməyə başladılar. İlk təkliflərdən biri bu obyektlərin qeyri-adi dərəcədə sıx, saysız-hesabsız ulduzlarla dolu qalaktikalar olduğunu və onların qırmızı rənginin qalın toz qatlarından qaynaqlandığını irəli sürürdü. Bu sıxlığı təsəvvür etmək üçün Günəş sistemini hər tərəfi bir işıq ili olan bir kubun içinə yerləşdirdiyinizi düşünün. Bizim kosmos regionumuzda bu kub yalnız Günəşi əhatə edərdi. Təklif olunan qalaktikalarda isə eyni kubda yüz minlərlə ulduz olardı.

Samanyolu qalaktikasında yalnız mərkəzi nüvənin ulduz sıxlığı nisbətən müqayisə oluna bilər, lakin həmin bölgə belə, kiçik qırmızı nöqtələr modelləri üçün tələb olunan ulduzların mində birini ehtiva edir. Əgər bu qalaktikalar Böyük Partlayışdan bir milyard ildən az müddət sonra həqiqətən yüz milyardlarla Günəş kütləsi dəyərində ulduzları sıxlaşdırmış olsaydı, bu, qalaktikaların necə formalaşması ilə bağlı əsas nəzəriyyələrə meydan oxuyardı. Həmmüəllif Bingjie Vangın (Pensilvaniya Dövlət Universiteti) qeyd etdiyi kimi, "Belə bir qalaktikanın gecə səması göz qamaşdırıcı dərəcədə parlaq olardı. Əgər bu şərh doğrudursa, bu, ulduzların əvvəllər müşahidə edilməmiş fövqəladə proseslər nəticəsində formalaşdığını göstərir."

Qalaktikalar, yoxsa Fəal Qalaktika Nüvələri? Elmi Ayrılıq

Mübahisələr qısa zamanda qızışdı. Bəzi tədqiqatçılar ulduzlarla zəngin, tozlardan ibarət qalaktika ideyasını dəstəkləyirdi, digərləri isə kiçik qırmızı nöqtələrin əslində böyük miqdarda tozla örtülmüş fəal qalaktika nüvələri (FQn) olduğunu iddia edirdi. Fəal qalaktika nüvələri material bir qalaktikanın mərkəzi qara dəliyinə doğru spiralvari hərəkət edərək son dərəcə isti akkresiya diski əmələ gətirdikdə yaranır. Lakin bu şərh də problemlərlə üzləşdi. Kiçik qırmızı nöqtələrin spektrləri məlum tozla qızarmış FQn-lərdən əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənirdi. Bu ssenari həm də bu obyektlərin son dərəcə böyük kütləli supermassiv qara dəliklərə sahib olmasını və James Webb Kosmik Teleskopunun aşkar etdiyi kiçik qırmızı nöqtələrin sayını nəzərə alaraq, gözləniləndən qat-qat çox olmasına ehtiyac duyurdu.

Fərqli fikirlərə baxmayaraq, astronomlar bir məqamda razılaşdılar: sirri həll etmək üçün daha çox məlumat lazım idi. James Webb Kosmik Teleskopunun ilkin tapıntıları təsvirlər təqdim etsə də, fizikanı anlamaq üçün obyektlərin müxtəlif dalğa uzunluqlarında nə qədər işıq yaydığını göstərən spektrlər tələb olunurdu. Belə müşahidələri əldə etmək çətindir, çünki əsas teleskoplarda vaxt üçün rəqabət yüksəkdir. Kiçik qırmızı nöqtələrin əhəmiyyəti aydınlaşdıqdan sonra bir çox qrup müşahidə vaxtı üçün müraciət etməyə başladı. Bu uğurlu təkliflərdən biri, Max Plank Astronomiya İnstitutundan Anna de Qraafın rəhbərlik etdiyi, "Qırmızı Naməlumlar: Parlaq İnfraqırmızı Ekstragalaktik Tədqiqat" (RUBIES) proqramı idi.

RUBIES Tədqiqatı Fövqəladə Nümunəni Üzə Çıxarır

2024-cü ilin yanvarından dekabrına qədər RUBIES komandası 4500 uzaq qalaktika üçün spektrlər toplamaq məqsədilə James Webb Kosmik Teleskopunun təxminən 60 saatından istifadə etdi və indiyə qədər ən böyük JWST spektroskopik məlumat dəstlərindən birini yaratdı. Rafael Hvidingin (MPIA) sözlərinə görə, "Həmin məlumat dəstində 35 kiçik qırmızı nöqtələr aşkar etdik. Onların əksəriyyəti artıq ictimaiyyətə açıq JWST təsvirləri istifadə olunaraq tapılmışdı. Lakin yeni olanlar ən ekstremal və maraqlı obyektlər oldu." Ən təəccüblü kəşf 2024-cü ilin iyulunda edildi: işığı bizə çatmaq üçün 11.9 milyard il səyahət edən (qırmızı sürüşmə z=3.55) "Sıldırım" adını verdikləri fövqəladə uzaq bir nümunə. Onun xüsusiyyətləri, bu obyektin kiçik qırmızı nöqtələr populyasiyasının xüsusilə güclü bir nümayəndəsi olduğunu və buna görə də onlar haqqında hər hansı bir nəzəriyyəni sınaqdan keçirmək üçün həlledici bir obyekt olduğunu göstərirdi.

"Sıldırım" adını spektrindəki dramatik bir xüsusiyyətə görə aldı. Normalda ultrabənövşəyi bölgə olacaq yerdə, spektr çox kəskin bir yüksəliş göstərirdi. Kainatın genişlənməsi səbəbindən bu dalğa uzunluğu orijinal dəyərinin demək olar ki, beş qatı qədər uzanaraq yaxın infraqırmızı bölgəyə düşmüşdü, bu proses kosmologik qırmızı sürüşmə adlanır. Bu qəfil yüksəliş "Balmer kəsilməsi" kimi tanınır. Balmer kəsilmələri adi qalaktikalarda, xüsusilə də az və ya heç yeni ulduz əmələ gətirməyənlərdə görünür, lakin onlar "Sıldırım"da görünəndən qat-qat zəifdir.

Bütün Məlum İzahların Sınağı Uğursuz Oldu

Qeyri-adi dərəcədə kəskin Balmer kəsilməsi "Sıldırım"ı kiçik qırmızı nöqtələr üçün aparıcı şərhlərin hər ikisi ilə ziddiyyətə saldı. De Qraaf və həmkarları obyektin spektrinə qarşı geniş çeşidli qalaktika və fəal qalaktika nüvəsi modellərini sınaqdan keçirdilər, onun xüsusiyyətlərini təkrarlamağa çalışdılar. Hər bir model uğursuz oldu.

Anna de Qraaf bildirir: ""Sıldırım"ın ekstremal xüsusiyyətləri bizi yenidən sıfırdan başlamağa və tamamilə yeni modellər irəli sürməyə məcbur etdi." Bu vaxt, 2024-cü ilin sentyabrında Çin və Birləşmiş Krallıqdakı tədqiqatçıların apardığı bir araşdırma, bəzi Balmer-kəsilmə xüsusiyyətlərinin ulduzlardan fərqli mənbələrdən qaynaqlana biləcəyini irəli sürdü. De Qraafın komandası da özləri oxşar bir ideyanı nəzərdən keçirməyə başlamışdı. Balmer kəsilmələri tək, çox isti, gənc ulduzların, eləcə də bir çox belə ulduzu ehtiva edən qalaktikaların spektrlərində görünə bilər. Qəribədir ki, "Sıldırım"ın spektri bir bütöv qalaktikadan daha çox bir çox isti ulduzun spektrinə bənzəyirdi.

Yeni Model Ortaya Çıxır: Qara Dəlik Ulduzu (BH*)

Bu ideyadan yola çıxaraq, de Qraaf və həmkarları "qara dəlik ulduzu" kimi adlandırdıqları, BH* şəklində yazılan yeni bir konsepsiya təqdim etdilər. Bu modeldə mərkəzi mühərrik, supermassiv qara dəliyi olan fəal qalaktika nüvəsidir, lakin toz əvəzinə, bütün sistem yayılan işığı qızardan qalın bir hidrogen qazı qatı ilə əhatə olunmuşdur. BH* obyektləri əsl ulduzlar deyil, çünki onların mərkəzlərində nüvə sintezi yoxdur. Onların ətrafındakı qaz da normal bir ulduzun atmosferində tapılandan qat-qat turbulentdir. Buna baxmayaraq, əsas fiziki vəziyyət müqayisə edilə bilər. Fəal qalaktika nüvəsi ətrafdakı qaz zərfini, nüvə sintezinin bir ulduzun xarici qatlarını qızdırmasına bənzər şəkildə qızdırır və oxşar xarici görünüş yaradır.

Komanda tərəfindən təqdim olunan modellər ilkin konsepsiya sübutları kimi xidmət edir. Onlar hələ ki məlumatlara mükəmməl uyğun gəlmir, lakin müşahidə olunan xüsusiyyətləri əvvəlki modellərdən daha uğurla təkrarlayırlar. "Sıldırım" adının ilham qaynağı olan spektrdəki kəskin yüksəliş, fəal qalaktika nüvəsi ətrafındakı sıx, kürəvi, turbulent qaz zərfi ilə izah edilə bilər. Əgər bu şərh doğrudursa, "Sıldırım" mərkəzi qara dəlik ulduzu tərəfindən idarə olunan ekstremal bir halı təmsil edərkən, digər kiçik qırmızı nöqtələr BH* işığı ilə ətrafdakı ulduzların və qazın işığının dəyişən qarışıqlarını ehtiva edəcək.

Erkən Qalaktika Böyüməsi üçün Nəticələr

Əgər BH* obyektləri realdırsa, onlar başqa bir uzunmüddətli sirri aydınlaşdırmağa kömək edə bilər. Bir qədər kiçik orta kütləli qara dəliklər üzərində aparılan əvvəlki nəzəri işlər, belə bir qazla örtülmüş konfiqurasiyanın erkən kainatda çox sürətli qara dəlik böyüməsini təmin edə biləcəyini irəli sürmüşdü. James Webb Kosmik Teleskopu artıq erkən dövrlərdə qeyri-adi dərəcədə böyük qara dəliklərə dair sübutlar aşkar edib. Əgər supermassiv qara dəlik ulduzları oxşar şəkildə böyüyürsə, bu sürətli böyüməni izah etmək üçün yeni bir mexanizm təmin edə bilərlər. BH* obyektlərinin bunu edə biləcəyi hələ qeyri-müəyyəndir, lakin bacararlarsa, bu, erkən qalaktika təkamülü modellərinə əhəmişli dərəcədə təsir göstərəcək.

Bu ümidverici anlayışlara baxmayaraq, ehtiyatlı olmaq lazımdır. Nəticələr tamamilə yenidir və elmi işlərin yalnız resenziyadan keçmiş jurnallar tərəfindən qəbul edildikdən sonra hesabat verilməsi standart təcrübəsinə uyğundur. Bu ideyaların geniş qəbul olunub-olunmayacağı gələcəkdə toplanacaq əlavə sübutlardan asılıdır.

Qalan Sirlər və Gələcək Müşahidələr

Yeni tapıntılar böyük bir addım atır, "Sıldırım"ın ekstremal Balmer kəsilməsini izah edə bilən ilk modeli təklif edir. Lakin onlar həm də yeni suallar ortaya qoyur. Belə bir qara dəlik ulduzu ilk növbədə necə formalaşa bilər? Onun qeyri-adi qaz zərfi uzun müddət necə davam edə bilər (xüsusilə də qara dəlik qazı istehlak etdiyindən və necə doldurulmalıdır)? "Sıldırım"ın digər spektral xüsusiyyətləri necə yaranır?

Bu məsələləri həll etmək həm nəzəri modelləşdirməni, həm də daha çox müşahidəni tələb edəcək. De Qraafın komandasının gələn il üçün "Sıldırım"ı və digər xüsusilə maraqlı kiçik qırmızı nöqtələri hədəf alan James Webb Kosmik Teleskopu ilə əlavə müşahidələri artıq planlaşdırılıb.

Bu gələcək araşdırmalar, qara dəlik ulduzlarının həqiqətən də erkən qalaktikaların formalaşmasında rol oynayıb-oynamadığını müəyyənləşdirməyə kömək edəcək. Bu ehtimal maraqlıdır, lakin hələ qətiləşməyib.

Arxa Plan və Tədqiqat Qrupu

Burada təsvir edilən iş "A. de Graaff et al., "A remarkable Ruby: Absorption in dense gas, rather than evolved stars, drives the extreme Balmer break of a Little Red Dot at z = 3.5" başlıqlı məqalə kimi "Astronomy & Astrophysics" jurnalında dərc olunmaq üçün qəbul edilmişdir. Rafael Hvidingin rəhbərlik etdiyi, RUBIES tədqiqatından əldə edilən daha geniş "Kiçik Qırmızı Nöqtələr" nümunəsini təqdim edən yoldaş məqalə də eyni jurnalda "RUBIES: A spectroscopic census of little red dots -- All point sources with v-shaped continua have broad lines" başlığı ilə nəşr edilmişdir.

Tədqiqatçılar arasında Maks Plank Astronomiya İnstitutundan Anna de Qraaf, Hans-Valter Riks və Rafael E. Hviding, eləcə də Qeyb Brammer (Cosmic Dawn Center), Cenni Qrin (Prinston Universiteti), İvo Labbe (Swinburne Universiteti), Rohan Naidu (MIT), Bingjie Vang (Pensilvaniya Dövlət Universiteti və Prinston Universiteti) və digər əməkdaşlar yer alır.

24 saat