Gökbilimciler Şimdiye Kadar Bulunan En Ağır Kara Delik Çiftini Ölçtü

Neredeyse her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. İki galaksi birleştiğinde, kara delikleri ikili bir çift oluşturabilir, yani birbirlerine bağlı bir yörüngede bulunurlar. Bu ikililerin sonunda birleşmeye mahkûm oldukları varsayılır, ancak bu hiç gözlemlenmemiştir [1]. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu on yıllardır gökbilimciler arasında bir tartışma konusu olmuştur. Yakın zamanda The Astrophysical Journal'da yayınlanan bir makalede, bir grup gökbilimci bu soruya yeni bir bakış açısı getirdi.

Ekip, ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen NSF'nin NOIRLab'ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi'nin bir yarısı olan Hawai'i'deki Gemini North teleskopundan elde edilen verileri kullanarak eliptik galaksi B2 0402+379 içinde bulunan süper kütleli bir kara delik ikilisini analiz etti. Bu, her iki nesneyi de ayrı ayrı görebilecek kadar ayrıntılı olarak çözümlenen tek süper kütleli kara delik ikilisidir ve şimdiye kadar doğrudan ölçülen en küçük ayrılığa sahip olma rekorunu elinde tutmaktadır - sadece 24 ışık yılı. Bu yakın ayrılık güçlü bir birleşmenin habercisi olsa da daha fazla çalışma çiftin üç milyar yıldan fazla bir süredir bu mesafede durduğunu ortaya çıkardı ve şu soruyu akla getirdi; gecikme nedir?

Ekip, bu sistemin dinamiklerini ve durmuş birleşmeyi daha iyi anlamak için Gemini North'un Gemini Çoklu Nesne Spektrografından (GMOS) elde edilen arşiv verilerine baktı ve bu da kara deliklerin yakınındaki yıldızların hızını belirlemelerine olanak sağladı. Stanford Üniversitesi fizik profesörü ve makalenin ortak yazarı Roger Romani, "GMOS'un mükemmel hassasiyeti, galaksinin merkezine yaklaştıkça yıldızların artan hızlarını haritalamamızı sağladı" dedi. "Bununla birlikte, orada bulunan kara deliklerin toplam kütlesini çıkarabildik."

Ekip ikilinin kütlesinin Güneş'in 28 milyar katı olduğunu tahmin ediyor ve bu da ikiliyi şimdiye kadar ölçülen en ağır ikili kara delik olarak nitelendiriyor. Bu ölçüm sadece ikili sistemin oluşumu ve ev sahibi galaksinin geçmişi hakkında değerli bilgiler vermekle kalmıyor, aynı zamanda süper kütleli bir ikili kara deliğin kütlesinin potansiyel bir birleşmeyi durdurmada kilit bir rol oynadığı yönündeki uzun süredir devam eden teoriyi de destekliyor.

NSF'nin Uluslararası İkizler Gözlemevi program direktörü Mart’in Still, "Uluslararası İkizler Gözlemevi'ne hizmet veren veri arşivi, kullanılmamış bilimsel keşifler için bir altın madeni barındırıyor" diyor. "Bu ekstrem süper kütleli ikili kara delik için yapılan kütle ölçümleri, bu zengin arşivi keşfeden yeni araştırmaların potansiyel etkisinin hayranlık uyandıran bir örneğidir."

Bu ikilinin nasıl oluştuğunu anlamak, birleşip birleşmeyeceğini ve ne zaman birleşeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir - ve bir dizi ipucu, çiftin birden fazla galaksi birleşmesi yoluyla oluştuğuna işaret ediyor. Bunlardan ilki, B2 0402+379'un bir 'fosil küme' olması, yani bütün bir galaksi kümesinin yıldız ve gazlarının tek bir büyük galakside birleşmesinin sonucu olmasıdır. Buna ek olarak, iki süper kütleli kara deliğin varlığı, büyük birleşik kütleleri ile birleştiğinde, birden fazla galaksiden gelen çok sayıda küçük kara deliğin birleşmesinden kaynaklandığını göstermektedir.

Galaktik bir birleşmenin ardından, süper kütleli kara delikler kafa kafaya çarpışmazlar. Bunun yerine, bağlı bir yörüngeye yerleşirken birbirlerinin yanından saparak geçmeye başlarlar. Yaptıkları her geçişte, enerji kara deliklerden çevredeki yıldızlara aktarılır. Enerji kaybettikçe, çift birbirlerinden sadece ışık yılı uzakta olana kadar gittikçe daha yakına sürüklenir, burada kütleçekimsel radyasyon devreye girer ve birleşirler. Bu süreç yıldız kütleli kara delik çiftlerinde doğrudan gözlemlenmiştir- ilk kaydedilen örnek 2015 yılında yerçekimsel dalgaların tespit edilmesiyle gerçekleşmiştir- ancak süper kütleli bir çiftte hiç gözlemlenmemiştir.

Sistemin son derece büyük kütlesine ilişkin yeni bilgilerle birlikte ekip, ikilinin yörüngesini onları bu kadar yaklaştıracak kadar yavaşlatmak için son derece fazla sayıda yıldıza ihtiyaç duyulacağı sonucuna vardı. Bu süreçte, kara delikler çevrelerindeki neredeyse tüm maddeyi dışarı atmış ve galaksinin çekirdeğini yıldız ve gazdan yoksun bırakmış gibi görünüyor. İkilinin yörüngesini daha da yavaşlatacak daha fazla malzeme olmadığından, birleşmeleri son aşamalarında durdu.

Romani, "Normalde daha hafif kara delik çiftlerine sahip galaksilerin, ikisini hızlı bir şekilde bir araya getirmek için yeterli yıldız ve kütleye sahip olduğu görülüyor" dedi. "Bu çift çok ağır olduğu için işi yapmak için çok sayıda yıldız ve gaz gerekiyordu. Ancak ikili, merkezi galaksiyi bu tür maddelerden arındırarak durağan ve çalışmamız için erişilebilir hale getirdi."

Çiftin durgunluklarının üstesinden gelip sonunda milyonlarca yıllık zaman ölçeklerinde birleşip birleşmeyecekleri ya da sonsuza kadar yörüngesel belirsizlik içinde devam edip etmeyecekleri henüz belirlenmedi. Eğer birleşirlerse, ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yıldız kütleli kara delik birleşmelerinin ürettiklerinden yüz milyon kat daha güçlü olacaktır. Çiftin bu son mesafeyi başka bir galaksi birleşmesi yoluyla elde etmesi mümkündür; bu da sisteme ek malzeme veya potansiyel olarak üçüncü bir kara delik enjekte ederek çiftin yörüngesini birleşmeye yetecek kadar yavaşlatacaktır. Bununla birlikte, B2 0402+379'un fosil küme statüsü göz önüne alındığında, başka bir galaktik birleşme olası değildir.

Stanford mezunu ve makalenin başyazarı Tirth Surti, "B2 0402+379'un çekirdeğinde ne kadar gaz bulunduğuna bakacağımız takip araştırmalarını dört gözle bekliyoruz" diyor. "Bu bize süper kütleli kara deliklerin sonunda birleşip birleşemeyecekleri ya da ikili olarak mı kalacakları konusunda daha fazla fikir verecektir."

 

Notlar

[1] Süper kütleli kara deliklerin birbirlerine birkaç ışık yılı yaklaştığına dair kanıtlar olsa da, hiçbiri bu son mesafeyi aşamamış gibi görünüyor. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu son-parsek problemi olarak bilinir ve on yıllardır astronomlar arasında bir tartışma konusu olmuştur.

[2] Daha önce iki süper kütleli kara delik içeren galaksiler gözlemlenmiştir, ancak bu durumlarda galaksiler birbirlerinden binlerce ışık yılı uzaktadır- B2 0402+379'da bulunan ikili gibi birbirlerine bağlı bir yörüngede olamayacak kadar uzaktırlar.

[3] Muhtemelen daha küçük ayrılıklara sahip kara delikten güç alan başka kaynaklar da mevcuttur, ancak bunlar dolaylı gözlemler kullanılarak çıkarılmıştır ve bu nedenle en iyi aday ikililer olarak sınıflandırılabilirler.

[4] Bu teori ilk olarak 1980 yılında Begelman ve arkadaşları tarafından ortaya atılmış ve galaksilerin merkezlerine ilişkin onlarca yıllık gözlemlere dayanarak uzun süredir tartışılmaktadır.

Bu yazı SCIENCEDAILY’ de yayınlanmıştır.