Bilim İnsanları, 100 Yıllık Kara Delik Gizemini Çözdü
Güneş’in kütlesinin altı buçuk milyar katı büyüklüğündeki devasa kara delik M87*’yi inceleyen gökbilimciler, bu kozmik canavarların güçlerini açığa çıkarmalarının yeni bir yolunu keşfettiler.
Frankfurt Goethe Üniversitesi’ndeki bilim insanları, son teknoloji simülasyonlar kullanarak, yalnızca manyetik alanların değil, manyetik yeniden bağlanma adı verilen bir sürecin de dönen bir kara delikten enerji çekerek binlerce ışık yılı uzunluğunda madde jetleri fırlatmasına yardımcı olduğunu ortaya koydu. Neredeyse ışık hızında hareket eden bu muazzam kozmik ışınlar, galaksiler arasında enerji ve madde dağıtarak evrimlerini şekillendiriyor.
“Yıldızsız Bir Bulutsu”dan Dev Bir Galaksi’ye
Gökbilimciler, Charles Messier’in 1784’te “87: Yıldızsız Bulutsu” olarak kaydettiği Başak takımyıldızındaki parlak cismin gerçek doğası hakkında yaklaşık 200 yıl boyunca emin değillerdi. Bulanık bir ışık parçası gibi görünen şeyin daha sonra devasa bir galaksi olduğu ortaya çıktı. 1918’de merkezinden gelen gizemli bir ışık huzmesi tespit edildiğinde, bilim insanları bunun neyin sonucu olabileceği konusunda hiçbir fikre sahip değildi.
Artık M87 olarak bilinen bu devasa galaksinin merkezinde, Güneş’in kütlesinin yaklaşık altı buçuk milyar katı kütleye sahip süper kütleli kara delik M87* yer alır. Bu kara delik hızla döner ve dönüşü, neredeyse ışık hızında uzaya doğru yaklaşık 5.000 ışık yılı uzanan yüklü parçacık akışına güç verir. Benzer huzmeler, evren boyunca enerji ve maddeyi dağıtmaya ve galaksilerin büyümesini şekillendirmeye yardımcı olan diğer dönen kara deliklerin etrafında da görülür.
Kara Delik Gücünün Şifresini Çözmek
Frankfurt Goethe Üniversitesi’nden Prof. Luciano Rezzolla liderliğindeki bir araştırma ekibi, kara delik uzay-zamanları için Frankfurt parçacık-hücre kodu (FPIC) adı verilen yeni bir hesaplama aracı geliştirdi. Bu simülasyon kodu, dönen bir kara deliğin dönme enerjisini nasıl güçlü bir jete dönüştürdüğünü hassas bir şekilde modelliyor. Araştırmacılar, uzun zamandır kara deliklerin dönme enerjisini manyetik alanlar aracılığıyla nasıl çıkardığını açıkladığı düşünülen bilinen Blandford-Znajek mekanizmasına ek olarak, bir başka önemli sürecin de rol oynadığını keşfettiler: manyetik yeniden bağlanma. Bu olguda, manyetik alan çizgileri kopup yeniden bağlanarak manyetik enerjiyi ısıya, radyasyona ve plazma patlamalarına dönüştürür.
FPIC kodunu kullanan ekip, kara deliği çevreleyen yoğun yerçekiminden etkilenen sayısız yüklü parçacığın ve aşırı elektromanyetik alanların davranışını simüle etti. Kodun baş geliştiricisi Dr. Claudio Meringolo, “Bu tür süreçlerin simülasyonu, aşırı kütleçekim ve manyetik alanların etkileşimiyle yönetilen, kompakt nesnelerin yakınındaki kavisli uzay-zamanlardaki göreli plazmaların karmaşık dinamiklerini anlamak için çok önemlidir.” şeklinde açıklama yaptı.
Bu simülasyonları çalıştırmak, Frankfurt’taki “Goethe” süper bilgisayarı ve Stuttgart’taki “Hawk”ta milyonlarca CPU saati gibi olağanüstü bilgi işlem kaynakları gerektirdi. Maxwell denklemlerini ve elektronlar ile pozitronların hareket denklemlerini Albert Einstein’ın genel görelilik kuramı çerçevesinde çözmek için böylesine muazzam bir işlem gücü gerekiyordu.
Plazma Zincirleri ve Negatif Enerji
Kara deliğin ekvator düzleminde, araştırmacıların hesaplamaları yoğun bir yeniden bağlanma aktivitesi ortaya koydu ve bu da neredeyse ışık hızında hareket eden bir plazmoid zincirinin (plazmanın enerjik “kabarcıklar” halinde yoğunlaşması) oluşumuna yol açtı. Bilim insanlarına göre, bu sürece jetler ve plazma püskürmeleri gibi aşırı astrofiziksel olaylara güç sağlamak için kullanılan negatif enerjili parçacıkların oluşumu eşlik ediyor.
FPIC projesinde de çalışan Dr. Filippo Camilloni, “Sonuçlarımız, Blandford-Znajek mekanizmasının bir kara delikten dönme enerjisi çıkarabilen tek astrofiziksel süreç olmadığı, ancak manyetik yeniden bağlantının da buna katkıda bulunduğu büyüleyici olasılığını ortaya koyuyor,” diyor.
Evrenin En Parlak Motorlarını Aydınlatmak
Rezzolla, “Çalışmamızla, enerjinin dönen kara deliklerden nasıl verimli bir şekilde çıkarılıp jetlere nasıl aktarıldığını gösterebiliyoruz,” diyor. “Bu, aktif galaktik çekirdeklerin aşırı parlaklığını ve parçacıkların neredeyse ışık hızına kadar hızlanmasını açıklamamıza yardımcı oluyor.” Karmaşık sayısal kodlar kullanarak bir kara deliğin yakınında neler olduğunu daha iyi anlamanın inanılmaz derecede heyecan verici ve büyüleyici olduğunu da ekliyor. “Aynı zamanda, bu karmaşık simülasyonların sonuçlarını, çalışmalarımızda yaptığımız gibi, titiz bir matematiksel yaklaşımla açıklayabilmek daha da ödüllendirici.”
Kaynak: https://scitechdaily.com