Kara Delik Avı: Gökbilimciler Sıradışı Bir Yıldız Yok Oluşuna Tanık Oldu
UC Berkeley gökbilimcileri galaksinin çekirdeğinden uzakta dolaşan gizli bir kara delik buldu. Bu kara delik eninde sonunda merkezdeki kara delikle birleşebilir ve kütleçekim dalgaları yayabilir.
Gökbilimciler, neredeyse tamamı büyük galaksilerin yoğun merkezlerinde bulunan ve genellikle bu kara deliklerin bulunduğu, yıldızlarla beslenen yaklaşık 100 büyük kara delik vakası tespit etti.
Şimdi UC Berkeley gökbilimcileri, kendi merkezi kara deliğini de içeren galaksinin çekirdeğinden uzakta bir yıldızı parçalayan büyük bir kara deliğin bilinen ilk vakasını keşfettiler.
Güneş’in kütlesinin yaklaşık 1 milyon katı olan bu merkez dışı kara delik, galaksinin merkezi şişkinliğinin eteklerinde gizlenmişti. Bir gelgit bozulması olayında ya da TDE’de parçalanan bir yıldızın neden olduğu ışık parlamalarıyla kendini gösterdi. Bir TDE’de, kara deliğin yerçekimi yıldızı ince bir akıntıya doğru uzatır – spaghettification olarak bilinen bir süreç.
Yakın zamanda The Astrophysical Journal Letters’da (ApJL) yayınlanan keşifle ilgili bir makalenin baş yazarı olan UC Berkeley’de Miller Doktora Sonrası Araştırmacısı Yuhan Yao, “Büyük kara deliklerin bir galakside olmasını beklediğiniz klasik konum, Samanyolu’nun merkezindeki Sag A* gibi merkezdedir” dedi. “İnsanlar normalde gelgit bozulma olaylarını burada ararlar. Ama bu seferki merkezde değil. Aslında yaklaşık 2,600 ışık yılı uzaklıkta. Bu optik olarak keşfedilen ilk nükleer olmayan TDE.”
Bu arada, galaksinin merkezindeki güneş kütlesinin yaklaşık 100 milyon katı büyüklüğündeki kara delik, kaçamayacak kadar yakına gelmiş olan yakındaki gazla besleniyor.
Galaksi merkezlerindeki devasa kara delikleri incelemek gökbilimcilerin galaksilerin nasıl evrimleştiğini anlamalarına yardımcı olur. Samanyolu’muzda Sag A* adı verilen ve 4 milyon güneş kütlesine sahip böyle bir kara delik bulunmaktadır. Buna karşılık, en büyük galaksiler, muhtemelen daha küçük kara deliklerle birleşmelerden oluşan 100 milyar güneş büyüklüğünde merkezi kara deliklere sahip olabilir.
Bir galakside iki büyük kara deliğin bulunması beklenmedik bir durum değil. Büyük galaksiler sıklıkla birleşerek merkezi kara deliklerini bir araya getirir. Bu kara delikler sonunda birleşmeden önce uzun süreler boyunca birbirlerinin yörüngesinde sessizce dönebilirler. O zamana kadar genellikle gizli kalırlar, sadece TDE gibi nadir olaylar sırasında görünür hale gelirler. Ortalama olarak, büyük bir kara delik her 30.000 yılda bir bir yıldızı parçalamaktadır.
AT2024tvd olarak adlandırılan yeni TDE, San Diego yakınlarındaki Palomar Gözlemevi’ndeki bir teleskoba monte edilmiş optik bir kamera olan Zwicky Geçici Tesisi tarafından tespit edildi ve NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu da dahil olmak üzere radyo, X-ışını ve diğer optik teleskoplarla yapılan gözlemlerle doğrulandı.
“Büyük kara delikler her zaman galaksilerin merkezindedir, ancak galaksilerin birleştiğini biliyoruz – galaksiler bu şekilde büyür. Ve bir araya gelip tek bir galaksi haline gelen iki galaksiniz olduğunda, birden fazla kara deliğiniz olur,” diyor UC Berkeley’de yardımcı astronomi profesörü olan ortak yazar Ryan Chornock. “Peki şimdi ne olacak? Sonunda bir araya gelmelerini bekliyoruz, ancak teorisyenler galaksilerin içinde dolaşan bir kara delik popülasyonu olması gerektiğini öngördüler.”
Bu tür bir gezici kara deliğin keşfi, bir TDE imzası için sistematik aramaların daha fazla haydut kara delik ortaya çıkarabileceğini gösteriyor. Bulgu aynı zamanda LISA – Lazer İnterferometre Uzay Anteni – adı verilen ve bu gibi büyük kütleli kara deliklerin birleşmelerinden kaynaklanan kütleçekim dalgalarını arayacak bir uzay misyonu için yapılan planları da doğruluyor.
UC Berkeley’de astronomi ve fizik profesörü olan yardımcı yazar Raffaella Margutti, “TDE’leri kullanarak büyük kara deliklerin bu kadar yakın olduğunu ilk kez görüyoruz” dedi. “Eğer bunlar birbirine yaklaşan bir çift süper kütleli kara delikse – ki bu doğru olmak zorunda değil – ama eğer öyleyse, birleşebilir ve gelecekte LISA ile göreceğimiz yerçekimsel dalgaları yayabilirler.”
LISA, güneşimizin kütlesinin birkaç yüz katından daha az ağırlığa sahip kara deliklerin veya nötron yıldızlarının birleşmesine duyarlı olan LIGO ve Virgo gibi yer tabanlı kütleçekimsel dalga dedektörlerini ve milyarlarca güneş kütlesine sahip süper kütleli kara deliklerin birleşmesinden kaynaklanan kütleçekimsel dalgalara duyarlı olan Nanograv pulsar zamanlama dizisi deneyi gibi pulsar flaşlarının teleskopik çalışmalarını tamamlayacaktır. LISA’nın tatlı noktası birkaç milyon güneş kütlesindeki kara deliklerdir. LISA’nın önümüzdeki on yıl içinde fırlatılması planlanıyor.
Geçici patlamalar
Kara delikler görünmez olduklarından, bilim insanları onları ancak yıldızları ya da gaz bulutlarını parçalayıp parlak, sıcak, dönen ve giderek içe doğru düşen bir malzeme diski oluşturduklarında ortaya çıkan ışığı tespit ederek bulabilirler. Chornock, TDE’lerin kara delik yığılma fiziğinin güçlü sondaları olduğunu, materyalin yakalanmadan önce kara deliğe ne kadar yaklaşabileceğini ve kara deliklerin güçlü jetler ve rüzgarlar başlatması için gerekli koşulları ortaya çıkardığını söyledi.
Dönen bulutun merkezindeki koyu ovalde yer alan ve çok yaklaşan bir yıldızdan (turuncu) kütle toplayan devasa bir kara deliğin sanatçı izlenimi. Yıldız, karadeliğin bir tarafında diğerinden daha güçlü bir çekim kuvveti hissediyor ve bu da sonunda yıldızı parçalıyor. Bu süreçte, yıldız malzemesi kara deliğe akmaya başlar, bir kısmı yakalanır ve geri kalanı fırlatılır, özellikle X-ışınlarında ani bir parlaklık artışı meydana gelir. Kredi: ESA/C. Carreau.
TDE’ler için en verimli araştırma, başlangıçta süpernova patlamalarını tespit etmek için inşa edilen, ancak gökyüzündeki diğer parıltılara da duyarlı olan Zwicky Transient Facility’den elde edilen verileri kullandı.
ZTF, 2018’den bu yana hepsi galaksilerin çekirdekleri içinde olmak üzere yaklaşık 100 TDE keşfetti. X-ışını uyduları da, ikisi merkezi bir kara deliğe sahip bir galaksinin eteklerinde olmak üzere birkaç TDE tespit etti. Ancak bu galaksilerdeki kara delikler birbirlerinden birleşemeyecek kadar uzak. Yeni keşfedilen kara delik, çekirdeğin büyük kara deliğine milyarlarca yıl boyunca olmasa da potansiyel olarak ona doğru düşecek ve birleşecek kadar yakın.
Yao, AT2024tvd’deki gezgin kara deliğin varlığını iki alternatif senaryonun açıklayabileceğini belirtti. Uzun zaman önce büyük galaksiyle birleşen küçük bir galaksinin çekirdeğinden geliyor olabilir ve ya büyük galaksinin içinden geçerek dışarı doğru hareket ediyordur ya da galaksiye bir yörüngede bağlı hale gelmiştir ve bu da sonunda onu çekirdekteki kara delikle birleşecek kadar yaklaştırabilir.
Hubble Uzay Teleskobu’nun 16 Ocak 2025’te çektiği bu görüntü, UC Berkeley araştırmacılarının TDE’nin yerini tam olarak belirlemelerine yardımcı oldu – ev sahibi galaksinin çekirdeğinden yaklaşık 2.600 ışık yılı uzaklıkta, daha da büyük bir aktif siyahın bulunduğu yer. Hubble, NASA’nın Chandra X-ışını gözlemevi ile yapılan bağımsız gözlemleri doğruladı. Kredi: NASA, ESA, STScI, Yuhan Yao (UC Berkeley); Görüntü İşleme Joseph DePasquale (STScI).
Bir başka UC Berkeley doktora sonrası araştırmacısı olan Erica Hammerstein, çalışmanın bir parçası olarak Hubble görüntülerini inceledi, ancak geçmiş bir galaksi birleşmesine dair kanıt bulamadı.
AT2024tvd, eskiden galaktik çekirdekte yer alan bir kara delik üçlüsünün eski bir üyesi de olabilir. Üç cisim yörüngelerinin kaotik doğası nedeniyle, biri galaksinin etrafında dolaşmak için çekirdekten dışarı atılmış olabilir.
Merkez dışı kara delikler için galaksileri aramak
Yao, ZTF’nin her yıl kuzey gökyüzünde yüzlerce ışık parlaması tespit ettiği için, TDE aramalarının bugüne kadar galaksilerin çekirdeklerinin yakınında keşfedilen flaşlara odaklandığını söyledi. O ve Chornock, bir süpernova ve bir TDE tarafından üretilen ışığı ayırt etmek için bir algoritma oluşturdular ve galaktik merkezde bir TDE’nin özelliklerine uyan ışık patlamalarını bulmak için bugüne kadar ZTF tarafından yapılan 10.000 kadar tespitte arama yapmak için kullandılar.
Yao, “Süpernovalar zirve yaptıktan sonra soğurlar ve renkleri daha kırmızı olur” dedi. “TDE’ler aylarca veya yıllarca sıcak kalırlar ve evrimleri boyunca sürekli olarak mavi renklere sahiptirler.”
TDE’ler ayrıca geniş hidrojen, helyum, karbon, nitrojen ve silikon emisyon çizgileri sergiler.
Geçtiğimiz Ağustos ayında Berkeley ekibi TDE’ye benzeyen bir ışık patlaması keşfetti, ancak konumu ZTF’nin çözünürlük sınırları içinde olmasına rağmen merkezin dışında görünüyordu. Araştırmacılar kara deliğin gerçekten de merkezin dışında olduğundan şüphelendiler ve yerini belirlemek için hemen birkaç teleskoptan zaman istediler. Bunlar arasında NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi, Çok Büyük Dizi ve Hubble Uzay Teleskobu da vardı. Hepsi de karadeliğin çekirdek dışı konumunu doğruladı ve HST yaklaşık 2.600 ışık yılı mesafe verdi – Güneşimiz ile Sag A* arasındaki mesafenin yaklaşık onda biri.
Merkezi kara deliğe yakın olmasına rağmen, nükleer olmayan kara delik yerçekimsel olarak ona bağlı değildir. Çekirdekteki kara delik, içine dolan gazı biriktirirken enerji püskürttüğü için aktif bir galaktik çekirdek olarak kategorize ediliyor.
Yao ve ekibi, gökbilimcilere galaksilerin ve çekirdek kara deliklerinin ne sıklıkla birleştiği ve dolayısıyla bazı aşırı, süper kütleli kara deliklerin oluşmasının ne kadar sürdüğü hakkında bir fikir verecek başka gezici TDE’ler bulmayı umuyor.
Yao, “AT2024tvd, optik gökyüzü araştırmaları tarafından yakalanan ilk ofset TDE’dir ve gelecekteki gökyüzü araştırmaları ile bu zor gezici kara delik popülasyonunu ortaya çıkarma olasılığını ortaya çıkarmaktadır” dedi. “Şu anda teorisyenler ofset TDE’lere çok fazla önem vermiyorlar. Öncelikle galaksilerin merkezlerinde meydana gelen TDE’lerin oranlarını tahmin ediyorlar. Bence bu keşif onları ofset TDE’ler için de oranları hesaplamaya gerçekten motive ediyor.”
Kaynak: https://scitechdaily.com