Kara Deliklerin Beslenme Süreci Kozmik Saatin Sırlarını Açığa Çıkardı
Geleneksel olarak anlaşılması zor ve görünmez olan kara delikler, yıldızların şiddetli bir şekilde yok olduğu ve çok uzak mesafelerden gözlemlenebilen parlak patlamalar yarattığı gelgit bozulma olaylarının (TDE’ler) gözlemlenmesiyle ortaya çıkarılıyor.
Dünya’dan yaklaşık 860 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir ışık kaynağının dramatik bir şekilde kararması, Syracuse Üniversitesi, MIT ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden astrofizikçilerden oluşan bir ekip tarafından geliştirilen ayrıntılı bir modelin doğruluğunu teyit ediyor.
TDE’ler Aracılığıyla Kara Delikleri Anlamak
NASA’nın Hubble, James Webb ve Chandra X-ışını Gözlemevi gibi güçlü teleskopları, bilim insanlarına kara deliklerin fiziğini araştırmak için uzayın derinliklerine açılan bir pencere sağlıyor. Tüm ışığı emmesiyle ünlü bir kara deliği nasıl “görebileceğiniz” merak konusu olsa da bu, bir yıldızın süper kütleli bir kara delik tarafından yok edildiği ve “parlak bir yığılma patlamasını” körükleyebildiği gelgit bozulması olayları (TDE’ler) sayesinde mümkün olmaktadır. Güneş’ten binlerce milyar kat daha parlak olan akresyon olayları, astrofizikçilerin kozmolojik mesafelerde süper kütleli kara delikleri (SMBH’ler) incelemelerini sağlar.
TDE’ler bir yıldızın bir kara deliğin muazzam çekim alanı tarafından şiddetle parçalanmasıyla meydana gelir. Yıldız parçalandıkça, kalıntıları kara deliğe geri yağan bir enkaz akıntısına dönüşerek kara deliğin etrafında dönen ve yığılma diski olarak adlandırılan çok sıcak, çok parlak bir malzeme diski oluşturur. Bilim insanları TDE’lerin doğrudan gözlemlerini yapmak için bunları inceleyebilir ve gözlemleri parçalanmış yıldızların ve onları parçalayan kara deliklerin fiziksel özellikleriyle ilişkilendirmek için bunları teorik modellerle karşılaştırabilirler.
Süper kütleli bir kara deliğin yörüngesinde dönerken yıldız kalıntıları saçan bir yıldızın dijital illüstrasyonu. Bu sanatçı izlenimi, Dünya’dan yaklaşık 860 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir galaksinin merkezini temsil ediyor. Kredi: NASA/CXC/M.Weiss
Kara Delik Araştırmalarında Yenilikler
Syracuse Üniversitesi, MIT ve Uzay Teleskopu Bilim Enstitüsü’nden fizikçilerden oluşan bir ekip, tekrar eden kısmi bir TDE olan AT2018fyk’in parlaklaşmasını ve kararmasını tahmin etmek için ayrıntılı modelleme kullandı; bu, yıldızın yüksek yoğunluklu çekirdeğinin SMBH ile kütleçekimsel etkileşimden kurtulduğu ve kara deliğin yörüngesinde dönmesine ve birden fazla kez parçalanmasına izin verdiği anlamına geliyor.
Model, AT2018fyk’in Ağustos 2023’te “söneceğini” öngördü ve bu tahmin, kaynak geçen yaz karardığında doğrulandı ve modellerinin kara deliklerin fiziğini araştırmak için yeni bir yol sunduğuna dair kanıt sağladı. Araştırmanın sonuçları The Astrophysical Journal Letters’da yayımlandı.
AT2018fyk’in X-ışını ve optik görüntüsü. Kredi: X-ışını: NASA/SAO/Kavli Inst. at MIT/D.R. Pasham; Optik: NSF/Legacy Survey/SDSS
Yüksek Enerji Kaynağı
İnanılmaz derecede ayrıntılı ekstragalaktik araştırmalar sayesinde, bilim insanları her zamankinden daha fazla ışık kaynağını izliyor. Araştırmalar, araştırmacılara bir şeylerin değiştiğini gösteren ani parlama veya kararma kaynaklarını aramak için tüm yarımküreyi tarıyor. Oturma odanızdaki sadece görünür ışığı odaklayabilen teleskoptan farklı olarak, Chandra gibi teleskoplar milyonlarca derece sıcaklıktaki malzemeden yayılan X-ışını spektrumu olarak adlandırılan ışık kaynaklarını tespit edebilir.
Görünür ışık ve X-ışınlarının her ikisi de elektromanyetik radyasyon formlarıdır, ancak X-ışınları daha kısa dalga boylarına ve daha fazla enerjiye sahiptir. Tıpkı ocağınızı açtıktan sonra “kırmızı sıcak” hale gelmesine benzer şekilde, bir diski oluşturan gaz farklı sıcaklıklarda “parlar” ve en sıcak malzeme kara deliğe en yakın olandır. Bununla birlikte, bir yığılma diskindeki en sıcak gaz, enerjisini gözle görülebilen optik dalga boylarında yaymak yerine, X-ışını spektrumunda yayar. Bunlar doktorlar tarafından kemiklerinizi görüntülemek için kullanılan ve yumuşak dokudan geçebilen X-ışınlarının aynısıdır ve bu göreceli şeffaflık nedeniyle NASA X-ışını teleskopları tarafından kullanılan dedektörler bu yüksek enerjili radyasyonu tespit etmek için özel olarak tasarlanmıştır.
Tekrarlanan Bir Performans
Ocak 2023’te Syracuse Üniversitesi Fizik Bölümü’nde profesör olan Eric Coughlin, MIT’de araştırmacı bilim insanı olan Dheeraj R. “DJ” Pasham ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde araştırmacı olan Thomas Wevers’in de aralarında bulunduğu bir fizikçi ekibi, The Astrophysical Journal Letters’da tekrar eden kısmi bir TDE için ayrıntılı bir model öneren bir makale yayınladı. Elde ettikleri sonuçlar, bir yıldızın süper kütleli bir kara delik etrafındaki şaşırtıcı dönüş yörüngesinin haritasını çıkaran ilk çalışma oldu ve kozmosun en ekstrem ortamlarından biri hakkında yeni bilgiler ortaya koydu.
Ekip, çalışmalarını AT2018fyk (AT “Astrofiziksel Geçici” anlamına gelir) olarak bilinen ve bir yıldızın “Tepeler yakalama” olarak bilinen bir değişim süreci yoluyla bir SMBH tarafından yakalandığı öne sürülen bir TDE’ye dayandırdı. Başlangıçta ikili bir sistemin (karşılıklı çekim kuvveti altında birbirinin yörüngesinde dönen iki yıldız) parçası olan yıldızlardan birinin kara deliğin çekim alanı tarafından yakalandığı ve diğer (yakalanmayan) yıldızın galaksinin merkezinden ~1000 km/s’ye benzer hızlarda fırlatıldığı varsayılmıştır.
SMBH’ye bağlandıktan sonra, AT2018fyk’den gelen emisyona güç veren yıldız, kara deliğe en yakın olduğu noktadan her geçişinde dış zarfından tekrar tekrar sıyrılmıştır. Yıldızın sıyrılan dış katmanları, araştırmacıların uzak galaksilerden gelen ışığı gözlemleyen X-Işını ve Ultraviyole/Optik teleskopları kullanarak inceleyebilecekleri parlak yığılma diskini oluşturur.
TDE’ler genellikle SMBH’nin aşırı kütleçekim alanı yıldızı yok ettiği için “bir kez ve bitmiş” olsa da, yani SMBH yığılma patlamasının ardından karanlığa geri dönse de, AT2018fyk tekrar eden kısmi bir TDE’yi araştırmak için eşsiz bir fırsat sundu.
Araştırma ekibi, ilk ve takip eden tespitleri yapmak için üçlü bir teleskop kullandı: Her ikisi de NASA tarafından işletilen Swift ve Chandra ile bir Avrupa görevi olan XMM-Newton. İlk olarak 2018’de gözlemlenen AT2018fyk ~ 860 milyon ışık yılı uzaklıkta, yani ışığın seyahat etmesi için geçen süre nedeniyle, ~ 860 milyon yıl önce “gerçek zamanlı” olarak gerçekleşti.
Ekip, ışık kaynağının Ağustos 2023 civarında aniden kaybolacağını ve yeni sıyrılan materyal 2025’te kara deliğe biriktiğinde tekrar parlayacağını tahmin etmek için ayrıntılı modelleme kullandı.
Geleceği Araştırmak: Tahminler ve Çıkarımlar
Modellerinin doğruluğunu teyit eden ekip, 14 Ağustos 2023’te başlayarak iki ay boyunca akıda bir X-ışını düşüşü bildirdi. Bu ani değişim ikinci emisyon kapanması olarak yorumlanabilir.
Coughlin, “Gözlemlenen emisyon kesintisi, modelimizin ve varsayımlarımızın geçerli olduğunu gösteriyor ve gerçekten de uzak ve çok büyük bir kara delik tarafından yavaşça yutulan bir yıldız gördüğümüzü gösteriyor” diyor. “Geçen yılki makalemizde, yıldızın ikinci parlamayı tetikleyen ikinci karşılaşmadan sağ çıkması halinde, AT2018fyk’in 2023 Ağustos’unda ani ve hızlı bir karartma göstermesi gerektiğini tahmin etmek için ilk patlama, karartma ve yeniden parlatmadan elde edilen kısıtlamaları kullandık.”
Sistemin öngörülen bu kapanmayı göstermesi, yıldız ve kara delik hakkında bazı farklılıkları ima etmektedir:
Yıldız kara delikle ikinci karşılaşmasında hayatta kaldı;
Sıyrılan enkazın kara deliğe dönüş oranı AT2018fyk’nin parlaklığına sıkı sıkıya bağlıdır;
ve yıldızın kara delik etrafındaki yörünge periyodu ~ 1300 gün veya yaklaşık 3,5 yıldır.
İkinci kesinti, 2025’in Mayıs ve Ağustos ayları arasında bir başka yeniden parlamanın gerçekleşmesi gerektiği anlamına gelir ve yıldız ikinci karşılaşmadan sağ çıkarsa, 2027’nin Ocak ve Temmuz ayları arasında üçüncü bir kapanmanın gerçekleşeceği tahmin edilmektedir.
Coughlin, 2025 yılında bir yeniden parlama görüp göremeyeceğimize gelince, ikinci bir kesilmenin tespit edilmesinin yıldızın daha fazla kütleye sahip olduğu anlamına geldiğini ve bunun da üçüncü bir parlama üretmek için kara deliğe geri dönmesi gerektiğini söylüyor.
“Tek belirsizlik emisyonun tepe noktasında” diyor. “İkinci yeniden parlatılmış tepe noktası ilkinden oldukça sönüktü ve ne yazık ki üçüncü patlamanın daha da sönük olması mümkün. Bu üçüncü patlamanın tespit edilebilirliğini sınırlayacak tek şey budur.”
Coughlin, bu modelin, belirli bir galakside her milyon yılda bir gerçekleştiğine inanılan, tekrar eden kısmi TDE’lerin inanılmaz derecede nadir oluşumlarını incelemek için heyecan verici yeni bir yol anlamına geldiğini belirtiyor. Coughlin, bilim insanlarının bugüne kadar bu davranışı sergileyen sadece dört ila beş sistemle karşılaştıklarını söylüyor.
“Gelişmiş tespit teknolojisinin daha fazla tekrar eden kısmi TDE’leri ortaya çıkarmasıyla birlikte, bu modelin bilim insanları için bu keşifleri tanımlamada önemli bir araç olacağını tahmin ediyoruz” diyor.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Higgs Bozonu ve Küçük Kara Delikler: Kozmik Bir Felaket Önlenmiş Olabilir mi?