Gökbilimciler ilk kez evrende kaç tane kara delik olduğuna dair verilere dayanarak tahminler oluşturdular.
Gökbilimciler daha önce evrendeki kara deliklerin sayısını tahmin etmeye çalışmışlardı, ancak çoğu zaman yıldızların ve yıldızların nüfusu hakkında eksik bilgileri vardı. 2015’ten bu yana, yerçekimi dalgaları aracılığıyla birçok doğrudan kara delik keşfedildi ve tespit edildi, bu nedenle gökbilimciler nihayet evrendeki kara deliklerin popülasyonu hakkında doğrudan bilgi edindiler. Gökbilimciler, yıldızlar, kara delikler, yıldızlar ve evrenin evrimi hakkındaki bilgileri birleştirerek, evrendeki kara deliklerin ilk katı tahmini olan 40 Quintillion’u keşfettiler.12 Ay. Bu rakam çoğu insanın beklediğinden daha fazla.
Kara delikler harika nesnelerdir, ama kaç tane var?
Yıldızlararası, yüksek kavisli bir uzay zamanında yığılma diskine göre kenarda görülen bir kara deliğin bu tasviri, bir kara deliğin önemli uzay-zaman bükme gücünü gösterir. Olay ufkuna yakın ama yine de onun dışında, zaman, o konumdaki bir gözlemci için, ana çekim alanının uzağındaki ve dışındaki bir gözlemciden çok farklı bir oranda geçer. Evrendeki kara deliklerin sayısı ve kara delik kütle fonksiyonu hala araştırılmaktadır.
Çoğu kara delik, yüksek kütleli yıldızların ömrünün sonunda oluşur.
Hubble’ın dar bantlı fotoğrafçılığının ortaya çıkaracağı renklerle gösterilen bu görüntü NGC 6888’i gösteriyor: Hilal Bulutsusu. Caldwell 27 ve Sharpless 105 olarak da bilinen bu, Kuğu takımyıldızında, tek bir Wolf-Rayet yıldızından gelen hızlı bir yıldız rüzgarının oluşturduğu bir emisyon bulutsusudur. Bu yıldızın kaderi: süpernova, beyaz cüce veya doğrudan çökmekte olan bir kara delik henüz belirlenmedi.
Bu yıldızlar çekirdek çöküşü süpernova olayında ölürler.
Yaşamı boyunca çok büyük bir yıldızın anatomisi, çekirdeğin nükleer yakıtı bittiğinde Tip II (çekirdek çöküşü) bir Süpernova ile sonuçlanır. Füzyonun son aşaması tipik olarak silikon yakmadır ve bir süpernova ortaya çıkmadan önce çekirdekte sadece kısa bir süre demir ve demir benzeri elementler üretir. En büyük çekirdek çöküşü süpernovaları tipik olarak kara deliklerin oluşmasına neden olurken, daha az büyük olanlar yalnızca nötron yıldızları oluşturur.
Bazıları nötron yıldızlarını terk ederken, daha büyük kütleye sahip olanlar kara deliğin geri kalanını terk eder.
İlk yıldız kütlesinin bir fonksiyonu olarak süpernova türleri ve Helyumdan daha ağır elementlerin başlangıç içeriği (metaliklik). İlk yıldızların metal içermeyen grafiğin alt satırını işgal ettiğini ve siyah alanların doğrudan çökmekte olan kara deliklere karşılık geldiğini unutmayın. Modern yıldızlar için, nötron yıldızları yaratan süpernovaların temelde kara delikler yaratanlarla aynı mı yoksa farklı mı olduğu ve doğada aralarında bir ‘kütle boşluğu’ olup olmadığı konusunda belirsiziz. Bununla birlikte, kara deliklerin oluşumu neredeyse tüm süpernova senaryolarında makul bir sonuçtur.
Nötron yıldızlarının birleşmesi kara deliklerin popülasyonunu tamamlar.
Burada simüle edildiği gibi iki nötron yıldızı birleştiğinde, diğer elektromanyetik olayların yanı sıra gama ışını patlama jetleri oluşturabileceklerini biliyorduk. Fakat belki de, belirli bir kütle eşiğinin üzerinde, iki yıldızın ikinci panelde çarpıştığı bir kara delik oluşur ve ardından kaçan sinyal olmadan tüm ek madde ve enerji yakalanır.
Ve bazen yıldızlar (muhtemelen) doğrudan çöker ve arkalarında bir kara delik bırakır.
Hubble’ın görünür / Ir’ye yakın fotoğrafları, Güneş’in kütlesinin yaklaşık 25 katı olan ve hiçbir süpernova veya başka bir açıklama yapmadan göz kırpan devasa bir yıldızı gösteriyor. Doğrudan çöküş, tek makul aday açıklamadır ve süpernova veya nötron yıldızı birleşmelerine ek olarak ilk kez bir kara delik oluşturmanın bilinen bir yoludur.
Evrenin tarihi boyunca yıldız oluşumunu ölçtük, ancak bir kara deliğin “hızı” bilinmiyor.
Galaksimizin merkezine yakın bu 20 yıllık zaman atlamalı yıldız, 2018’de yayınlanan eso’dan geliyor. Özelliklerin çözünürlüğünün ve hassasiyetinin, galaksimizin (görünmez) merkezi süper kütleli kara deliğinin etrafında dönerek sonuna doğru nasıl keskinleştiğine ve geliştiğine dikkat edin. Hemen hemen her büyük galaksinin, ilk zamanlarda bile, süper kütleli bir kara deliğe ev sahipliği yaptığı düşünülmektedir, ancak yalnızca Samanyolu’nun merkezinde bulunan, etrafındaki tek tek yıldızların hareketlerini görecek ve böylece kara deliğin kütlesini doğru bir şekilde belirleyecek kadar yakındır. Evrendeki kara deliklerin gerçek sayı yoğunluğu ve kütlenin bir fonksiyonu olarak sayı yoğunluğu, geriye kalan büyük belirsizliklerle yalnızca zayıf bir şekilde tahmin edilmeye devam ediyor.
Ancak tüm bunlar yerçekimi dalgası astronomisinin doğuşundan bu yana değişti.
Bu havadan görünüm, Louisiana’daki LIGO Livingston dedektörünün ana bilim merkezini, 4 km uzunluğundaki dedektör kollarından birine bakan bir manzarayla gösteriyor. Doğu Washington’daki LIGO Hanford tarafından tamamlanan bu iki dedektör, bize yalnızca ilk yerçekimi dalgası tespitimizi getirmekle kalmadı, aynı zamanda diğer tüm çabaların toplamından daha fazla yerçekimi dalgası keşfi sağladı. Kredi: Caltech/MIT / LIGO Laboratuvarı LIGO ve Başak, bize ilk yarı sayımımızı sağlayan çok sayıda kara delik tespit ettiler. kütle boşluğu Kasım 2021 itibariyle (LIGO’NUN üçüncü veri çalışmasının sonunu geçmiş, ancak dördüncünün başlangıcından önce), hem elektromanyetik hem de yerçekimi dalgaları aracılığıyla gözlemlenen tüm kara deliklerin ve nötron yıldızlarının en güncel grafiği. Bunlar, en hafif nötron yıldızları için 1 güneş kütlesinin biraz üzerinde, birleşme sonrası kara delikler için 100 güneş kütlesinin biraz üzerinde nesnelere kadar değişen nesneleri içerirken, yerçekimi dalgası astronomisi şu anda yalnızca çok dar bir nesne kümesine duyarlıdır. En yakın kara deliklerin tümü, Kasım 2022’de Gaia Bh1’in keşfine kadar X-ışını ikili dosyaları olarak bulunmuştu. Nötron yıldızları ve kara delikler arasındaki kütle “sınırı” hala belirleniyor.
LIGO ve Başak çok sayıda kara delik tespit ettiler ve bize ilk yarı sayısını verdiler.
Kara deliklerin birleşmesini doğru bir şekilde tahmin ederek, onları fazla tahmin edemeyiz.
İki kara deliğin inspiral ve birleşmesi tarafından yayılan yerçekimi dalgalarının sayısal simülasyonları. Her kara deliğin etrafındaki renkli konturlar, yerçekimi radyasyonunun genliğini temsil eder; mavi çizgiler kara deliklerin yörüngelerini ve yeşil oklar dönüşlerini temsil eder. Kavisli bir uzay-zaman bölgesi boyunca bir kütleyi hızlandırma eylemi, Dünya-Güneş sistemi için bile her zaman yerçekimi dalgalarının yayılmasına yol açacaktır.
Bu veriler aynı zamanda evrendeki kara deliklerin sayı yoğunluğunun (kütle) tahminini de desteklemektedir.
Gelişmiş lıgo’nun kara delik-kara delik birleşmeleri (mor) aralığı, sinyal genliğinin kütle bağımlılığı nedeniyle nötron yıldızı-nötron yıldızı birleşmeleri (sarı) aralığından çok, çok daha büyüktür. Aralıktaki ~ 10 faktörlü bir fark, hacim için ~1000 faktörlü bir farka karşılık gelir. Bu, nötron yıldızı-kara delik birleşmelerinin hepsinin en ağır unsurlarını üretme olasılığının düşük olduğunu anlamamıza yardımcı olur, ancak nötron yıldızı-nötron yıldızı birleşmelerinin bir kara deliğin oluşmasına neden olabileceğini ve bununla sonuçlanabileceğini anlamamıza yardımcı olur. Kara delik kütle aralığının en alt ucunda, yaklaşık 2 ila 5 güneş kütlesi arasındaki kara deliklerin ve/veya nötron yıldızlarının popülasyonu, en büyük belirsizliklerin yattığı yerdir.
En büyük belirsizlik, en düşük kara deliğin kütlesinde yatmaktadır: 10 güneş kütlesi veya daha azı.
Tüm bu bilgileri birleştiren astrofizikçiler, kozmik kara deliklerin kütle işlevini deşifre ettiler.
Bu grafik, bu kara deliklerin kütlesinin (x ekseni) bir fonksiyonu olarak çeşitli kozmik çağlarda (farklı renklerde) kara deliklerin tahmini kütle fonksiyonunu göstermektedir. Tüm kozmik zaman ve tüm gözlemlenebilir Evren boyunca bütünleşerek elde edilen sayılar, Evrenimizde tahmini 40 quintillion kara deliğe yol açar.
Sonuç olarak, modern evrende 40 quintilion kara delik (4×1019) olduğu sonucuna vardılar.
Bu görüntü, kendi Samanyolumuzda sadece 22.000 ışıkyılı uzaklıkta, içindeki yıldızlara özgü çok çeşitli renk ve kütlelere sahip küresel küme Terzan 5’in çekirdeğini göstermektedir. Bu yıldızların birçoğu yaklaşık olarak önümüzdeki 10-20 milyar yıl içinde yanacak olsa da, bazıları çok çok daha uzun süre devam edecek. Yakın zamanda yapılan bir araştırma, belki de tüm yıldızların %1-2’sinin kara deliklerin oluşumuna yol açacağını gösteriyor: daha önce varsayıldığından çok daha fazla sayıda.
Evrenimizde 40 Kentilyon Karadelik Var
Bu, tüm yıldızların% 1-2’sinin sonunda önceki tüm tahminlerden daha yüksek kara delikler oluşturacağı anlamına gelir.
Katı mavi çizgi tarafından verilen Evrendeki genel kara delik kütle yoğunluğunun, Evrendeki yıldız kütle yoğunluğunun yaklaşık %10’u olduğu tahmin edilmektedir. Toplam kara delik sayısı büyük ölçüde kütle spektrumunun alt ucundaki belirsizlikten kaynaklansa da, toplam kütle yoğunluğuna 20-50 güneş kütlesi arasındaki kara delikler hakimdir.
Onaylandığı takdirde bu, kara deliklerin uzay enerjisi bütçesinin% 0,04’ünü oluşturduğu anlamına gelir.
Yaklaşık 0,15 kare derecelik bu alan görünümü, kümeler ve filamentler halinde kümelenmiş, büyük boşlukları veya boşlukları olan ve onları ayıran çok sayıda galaksinin bulunduğu birçok bölgeyi ortaya çıkarır. Her ışık noktası bir galaksi değil, süper kütleli bir kara deliktir ve bu kozmik nesnelerin ne kadar her yerde bulunduğunu ortaya çıkarır. Araştırmacılar, kozmik zaman boyunca kara delik kütle fonksiyonunu tahmin ederek, “süper kütleli kara deliklerin tohumları” sorusuna düşündürücü bir çözüme sahipler ve geleneksel astrofiziğin tüm kozmik zamanlarda gözlemlediğimiz nesnelere yol açmış olabileceğini öne sürüyorlar.
