Bir Wolf Rayet yıldızının görüntüsü – potansiyel olarak bir kara deliğe çökmeden önce. Kredi: ESO/L. Calçada
Gökbilimciler, kara delikler üzerindeki perdeleri giderek daha fazla geri çekiyorlar. Geçtiğimiz birkaç yılda, nihayet bu korkunç yaratıkların gerçek fotoğraflarını çektik ve yerçekimi dalgaları – uzay-zamandaki dalgalanmalar – çarpışırken yarattıkları. Ancak kara delikler hakkında hala bilmediğimiz çok şey var. En büyük bilmecelerden biri, ilk etapta tam olarak nasıl oluştukları.
Meslektaşlarım ve ben şimdi bu süreci gözlemlediğimize ve bir Kara delik formlar. Sonuçlarımız iki makalede yayınlandı. Doğa ve Astrofizik Dergisi.
Gökbilimciler, hem gözlemsel hem de teorik gerekçelerle, kara deliklerin çoğunun, ömrünün sonunda büyük bir yıldızın merkezi çöktüğünde oluştuğuna inanıyor. Yıldızın çekirdeği normalde yoğun nükleer reaksiyonlardan gelen ısıyı kullanarak basınç veya destek sağlar. Ancak böyle bir yıldızın yakıtı tükendiğinde ve nükleer reaksiyonlar durduğunda, yıldızın iç katmanları yerçekimi altında içe doğru çökerek olağanüstü yoğunluklara kadar ezilir.
Bir kara deliğin ilk görüntüsü. Kredi bilgileri: EHT
Çoğu zaman, bu feci çöküş, yıldızın çekirdeği, nötron adı verilen parçacıklar açısından zengin, katı bir madde küresine yoğunlaştığında durdurulur. Bu, yıldızı yok eden güçlü bir geri tepme patlamasına yol açar (bir süpernovaolarak bilinen egzotik bir nesneyi geride bırakır. nötron yıldızı. Ancak ölen yıldızların modelleri göster eğer orijinal yıldız yeterince büyükse (Güneş’in kütlesinin 40-50 katı), çöküş, yıldız yerçekimsel bir tekilliğe – bir kara deliğe – ezilene kadar azalmadan devam edecektir.
Patlayıcı teoriler
Nötron yıldızları oluşturmak için çöken yıldızlar artık evrende rutin olarak gözlemlenirken (süpernova araştırmaları her gece düzinelerce yenisini buluyor), gökbilimciler henüz bir kara deliğin çöküşü sırasında ne olduğundan tam olarak emin değiller. Bazı karamsar modeller tüm yıldızı öneriyor iz bırakmadan yutulacaktı. Diğerleri, bir kara deliğin çöküşünün başka bir tür patlama.
Örneğin, yıldız çökme anında dönüyorsa, düşen malzemenin bir kısmı yıldızdan yüksek hızda kaçan jetlere odaklanabilir. Bu jetler fazla kütle içermeyecek olsa da, büyük bir yumruk atacaklardı: Bir şeye çarparlarsa, salınan enerji açısından etkiler oldukça dramatik olabilir.
Şimdiye kadar, bir kara deliğin doğuşundan kaynaklanan bir patlama için en iyi aday, uzun süreli olarak bilinen garip fenomendi. gama ışını patlamaları. İlk olarak 1960’larda askeri uydular tarafından keşfedilen bu olayların, çöken yıldızlarda yeni oluşan kara delikler tarafından akıllara durgunluk veren hızlara hızlandırılan jetlerden kaynaklandığı varsayılmıştır. Bununla birlikte, bu senaryoda uzun süredir devam eden bir sorun, gama ışını patlamalarının aylarca parlamaya devam eden bol miktarda radyoaktif kalıntıyı da dışarı atmasıdır. Bu, yıldızın çoğunun bir kara deliğe çökmek yerine (sıradan bir süpernovada olduğu gibi) uzaya doğru patladığını gösteriyor.
Bu, böyle bir patlamada bir kara delik oluşamayacağı anlamına gelmese de, bazıları diğer modellerin gama ışını patlamaları için bir kara delik oluşumundan daha doğal bir açıklama sağladığı sonucuna varmıştır. Örneğin, bir süper manyetize nötron yıldızı böyle bir patlamada oluşabilir ve kendi başına güçlü jetler üretebilir.
Gizem çözüldü?
Ancak meslektaşlarım ve ben, yakın zamanda yeni ve (bize göre) bir kara delik yaratmak için çok daha iyi aday bir olay ortaya çıkardık. Son üç yılda iki ayrı olayda – bir kez 2019’da ve bir kez 2021’de – gama ışını patlamalarında olduğu gibi, az miktarda çok hızlı hareket eden malzeme çarpmasından kaynaklanan olağanüstü hızlı ve kısa süreli bir patlamaya tanık olduk. yakın çevresinde gaza dönüşür.
Işığı farklı dalga boylarına ayıran bir teknik olan spektroskopiyi kullanarak, bu olayların her biri için patlayan yıldızın bileşimini çıkarabiliriz. Spektrumun, onları ilk tespit eden Charles Wolf ve Georges Rayet adlı iki astronomun adını taşıyan çok büyük ve oldukça gelişmiş bir yıldız türü olan “Wolf-Rayet yıldızları”na çok benzer olduğunu keşfettik. Heyecan verici bir şekilde, “normal” bir süpernova patlamasını bile ekarte edebildik. Hızlı malzeme ve çevresi arasındaki çarpışma durur durmaz, kaynak uzun süre parlamak yerine neredeyse ortadan kayboldu.
Çekirdeğinin çöküşü sırasında, yıldızın yalnızca küçük bir miktar malzeme çıkarması ve nesnenin geri kalanının aşağıya doğru çökerek devasa bir kara deliğe dönüşmesi durumunda beklediğiniz şey tam olarak budur.
Yeni çalışma, üçüncü tip patlamaya ait olabilecek ve yalnızca kısa bir süre süren iki olay gözlemledi. Kredi: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Bu bizim favori yorumumuz olsa da, tek olasılık bu değil. En sıradan olanı, bunun normal bir süpernova patlaması olduğu, ancak çarpışmada oluşan ve radyoaktif döküntüleri gözlerden gizleyen geniş bir toz kabuğunun oluşmasıdır. Patlamanın, aşina olmadığımız bir yıldızdan kaynaklanan yeni ve tanıdık olmayan bir tür olması da mümkündür.
Bu soruları cevaplamak için, bu tür daha fazla nesne aramamız gerekecek. Şimdiye kadar bu tür patlamaları incelemek zordu çünkü kısacıklar ve bulması zordu. Bu patlamaları karakterize etmek için hızlı bir şekilde art arda birkaç gözlemevini birlikte kullanmak zorunda kaldık: onları keşfetmek için Zwicky Geçici Tesisi, doğalarını doğrulamak için Liverpool Teleskobu ve Nordic Optik Teleskop ve büyük yüksek çözünürlüklü gözlemevleri (Hubble Uzay Teleskobu, İkizler Gözlemevi) , ve Çok Büyük Teleskop) kompozisyonlarını analiz etmek için.
Bu olayları ilk keşfettiğimizde tam olarak ne gördüğümüzü başlangıçta bilmesek de, şimdi net bir hipotezimiz var: bir kara deliğin doğuşu.
Benzer olaylardan elde edilen daha fazla veri, yakında bu hipotezi doğrulamamıza veya tahrif etmemize ve ekibimizin ve diğerlerinin bulduğu diğer olağandışı, hızlı patlama türleriyle bağlantı kurmamıza yardımcı olabilir. Her iki durumda da, bu gerçekten kara deliklerin gizemlerini çözdüğümüz on yıl gibi görünüyor.
Liverpool John Moores Üniversitesi Astrofizik Okuyucusu Daniel Perley tarafından yazıldı.
Bu makale ilk olarak Konuşma.