Süper kütleli kara deliğin neden olduğu Samanyolu’nun merkezinde devasa kabarcıklar

2020’de X-ışını teleskopu eRosita, galaksimizin merkezinin çok yukarısında ve altında uzanan iki devasa baloncuğun görüntülerini aldı.

O zamandan beri, gökbilimciler kökenlerini tartışıyorlar. Şimdi, Michigan Üniversitesi araştırmasını içeren bir araştırma, baloncukların Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara delikten gelen güçlü bir faaliyet jetinin bir sonucu olduğunu öne sürüyor. Yayınlanan çalışma, Doğa Astronomiayrıca jetin yaklaşık 2,6 milyon yıl önce malzeme püskürtmeye başladığını ve yaklaşık 100.000 yıl sürdüğünü gösteriyor.

Ekibin sonuçları, 2010 yılında keşfedilen Fermi baloncuklarının ve kabaca galaksinin merkezindeki yüklü parçacıklardan oluşan bir sis olan mikrodalga pusunun, süper kütleli kara delikten gelen aynı enerji jeti tarafından oluşturulduğunu gösteriyor. Çalışma, Ulusal Tsing Hua Üniversitesi tarafından UM ve Wisconsin Üniversitesi ile işbirliği içinde yürütülmüştür.

“Bulgularımız, kara deliklerin içinde bulundukları galaksilerle nasıl etkileşime girdiğini anlamamız gerektiği için önemlidir, çünkü bu etkileşim, bu kara deliklerin kontrollü bir şekilde büyümesini sağlar. [growing] Araştırmanın ortak yazarlarından UM gökbilimci Mateusz Ruszkowski, “kontrol edilemez bir şekilde” diyor ve “Bu Fermi veya eRosita baloncuklarının süper kütleli kara delikler tarafından yönlendirildiğine inanıyorsanız, bu derin soruları yanıtlamaya başlayabilirsiniz.”

Ruszkowski, bu baloncukları açıklayan, onlara isim veren teleskoplardan sonra Fermi ve eRosita baloncukları olarak adlandırılan iki rakip model olduğunu söylüyor. İlki, çıkışın, bir yıldızın bir süpernovada patladığı ve malzemeyi dışarı attığı nükleer bir yıldız patlaması tarafından yönlendirildiğini öne sürüyor. Ekibin bulgularının desteklediği ikinci model, bu çıkışların galaksimizin merkezindeki süper kütleli bir kara delikten dışarı atılan enerji tarafından yönlendirildiğini öne sürüyor.

Kara deliklerden bu çıkışlar, malzeme kara deliğe doğru hareket ettiğinde meydana gelir, ancak kara deliğin olay ufkunu veya altında hiçbir şeyin kaçamayacağı matematiksel yüzeyi asla geçmez. Bu malzemenin bir kısmı uzaya geri atıldığından, kara delikler kontrolsüz bir şekilde büyümezler. Ancak kara delikten atılan enerji, bu büyük baloncukları yaratarak, kara deliğin yakınındaki materyalin yerini alır.

Yapıların kendileri 11 kiloparsek boyunda. Bir parsek, 3.26 ışık yılına veya ışığın bir yıl boyunca kat ettiği mesafenin yaklaşık üç katına eşittir. O halde yapılar yaklaşık 36.000 ışıkyılı uzunluğundadır.

Karşılaştırma için, Samanyolu galaksisinin çapı 30 kiloparsek ve güneş sistemimiz galaksinin merkezinden yaklaşık 8 kiloparsek uzaklıkta bulunuyor. Araştırmacılara göre, eRosita baloncukları, Fermi baloncuklarının yaklaşık iki katı büyüklüğündedir ve enerji dalgası veya Fermi baloncukları tarafından itilen bir şok dalgası tarafından genişletilir.

Gökbilimciler, özellikle bu eRosita baloncuklarının gözlemiyle ilgileniyorlar çünkü bunlar, farklı bir galaksideki veya aşırı kozmolojik mesafedeki nesnelerin aksine, kendi galaktik arka bahçemizde meydana geliyor. Ruszkowski, çıkışlara olan yakınlığımız, gökbilimcilerin muazzam miktarda veri toplayabileceği anlamına geliyor. Bu veriler, gökbilimcilere kara delikten gelen jetteki enerji miktarını, bu enerjinin ne kadar süreyle enjekte edildiğini ve kabarcıkların hangi malzemeden oluştuğunu söyleyebilir.

Ruszkowski, “Yıldız patlaması modelini dışlamakla kalmıyoruz, aynı zamanda, süper kütleli kara delik modelinde aynı görüntüleri veya gökyüzündekilere çok benzer bir şeyi üretmek için gereken parametrelere ince ayar yapabiliyoruz” diyor. “Ne kadar enerji pompalandığı, bu kabarcıkların içinde ne olduğu ve bu kabarcıkları üretmek için enerjinin ne kadar süreyle enjekte edildiği gibi bazı şeyleri daha iyi sınırlayabiliriz.”

İçlerinde ne var? Kozmik ışınlar, bir tür yüksek enerjili radyasyon. eRosita baloncukları, içeriği bilinmeyen Fermi baloncuklarını çevreler. Ancak araştırmacıların modelleri, yapıların her birinin içindeki kozmik ışınların miktarını tahmin edebilir. Kara delikten gelen enerji enjeksiyonu kabarcıkları şişirdi ve enerjinin kendisi kinetik, termal ve kozmik ışın enerjisi biçimindeydi. Bu enerji formlarından Fermi görevi sadece kozmik ışınların gama ışını sinyalini tespit edebildi.

Araştırmanın baş yazarı ve Tayvan’daki Ulusal Tsing Hua Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Karen Yang, Ruszkowski ile UM’de doktora sonrası araştırmacı olarak bu makaledeki modellemede kullanılan kodun erken bir versiyonu üzerinde çalışmaya başladı. Araştırmacılar, sonuçlara varmak için hidrodinamik, yerçekimi ve kozmik ışınları hesaba katan sayısal enerji salınımı simülasyonları gerçekleştirdiler.

“Simülasyonumuz, Samanyolu’ndaki kozmik ışınlar ve gaz arasındaki etkileşimi hesaba katması bakımından benzersizdir. Kara deliğin jetleriyle enjekte edilen kozmik ışınlar, genişler ve gama ışınlarında parlayan Fermi kabarcıklarını oluşturur.” Yang diyor.

“Aynı patlama, gazı galaktik merkezden uzaklaştırır ve eRosita baloncukları olarak gözlemlenen bir şok dalgası oluşturur. eRosita baloncuklarının yeni gözlemi, kara delik aktivitesinin süresini daha doğru bir şekilde sınırlamamıza ve kendi galaksimizin geçmiş tarihi.”

Araştırmacıların modeli nükleer yıldız patlaması teorisini dışlıyor çünkü bir nükleer yıldız patlamasının tipik süresi ve dolayısıyla bir yıldız patlamasının baloncukları oluşturan enerjiyi enjekte edeceği süre, çalışmanın ortak yazarına göre yaklaşık 10 milyon yıl. Wisconsin Üniversitesi’nde astronomi ve fizik profesörü Ellen Zweibel.

“Öte yandan, aktif kara delik modelimiz, enerji enjeksiyon süresinin bunun yaklaşık %1’i veya bir milyon yılın onda biri olması koşuluyla, eRosita X-ışını kabarcıklarının ve Fermi gama ışını kabarcıklarının göreceli boyutlarını doğru bir şekilde tahmin ediyor. ” diyor Zweibel.

“10 milyon yıldan fazla bir süredir enerji enjekte etmek, tamamen farklı bir görünüme sahip kabarcıklar üretecektir. Bu, daha önce eksik olan çok önemli parçayı sağlayan X-ışını ve gama ışını kabarcıklarını karşılaştırma fırsatı.”

Araştırmacılar, eRosita misyonu, NASA’nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu, Planck Gözlemevi ve Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu verilerini kullandılar.