Birleşen bir çift süper kütleli karadelikte, boşluğu ölçmek için yeni bir yöntem

Üç yıl önce, bir kara deliğin ilk görüntüsü dünyayı hayrete düşürdü. Ateşli bir ışık halkasıyla çevrelenmiş siyah bir hiçlik çukuru. Messier 87 galaksisinin merkezindeki kara deliğin bu ikonik görüntüsü, dev bir teleskop görevi gören küresel bir senkronize radyo çanakları ağı olan Event Horizon Telescope sayesinde odak haline geldi.

Şimdi, bir çift Columbia araştırmacısı, uçuruma bakmanın potansiyel olarak daha kolay bir yolunu tasarladı. Tamamlayıcı çalışmalarda özetlenen Fiziksel İnceleme Mektupları ve Fiziksel İnceleme Donların görüntüleme teknikleri, gökbilimcilerin, 55 milyon ışıkyılı uzaklıktaki M87’den daha uzaktaki galaksilerde barınan 6,5 milyar güneş kütlesine sahip bir canavar olan M87’den daha küçük kara delikleri incelemesine izin verebilir. Yol.

Tekniğin sadece iki şartı var. İlk olarak, birleşme sancılarında bir çift süper kütleli kara deliğe ihtiyacınız var. İkincisi, çifte neredeyse yan açıyla bakmanız gerekir. Bu yandan bakış açısından, bir kara delik diğerinin önünden geçerken, uzaktaki kara deliğin parlayan halkası size en yakın kara delik tarafından büyütüldüğünden parlak bir ışık parlaması görebilmelisiniz, bu bir fenomendir. yerçekimi merceklenmesi olarak bilinir.

Mercekleme etkisi iyi biliniyor, ancak araştırmacıların burada keşfettiği şey gizli bir sinyaldi: arkadaki kara deliğin “gölgesine” karşılık gelen parlaklıkta belirgin bir düşüş. Bu ince karartma, kara deliklerin ne kadar büyük olduğuna ve yörüngelerinin ne kadar birbirine dolandığına bağlı olarak birkaç saatten birkaç güne kadar sürebilir. Araştırmacılar, düşüşün ne kadar sürdüğünü ölçerseniz, kara deliğin olay ufkunun, çıkışın olmadığı, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçmadığı nokta tarafından oluşturulan gölgenin boyutunu ve şeklini tahmin edebileceğinizi söylüyorlar.

Columbia ve Flatiron Enstitüsü’nün Hesaplamalı Astrofizik Merkezi’nde doktora sonrası araştırmacı olan çalışmanın ilk yazarı Jordy Davelaar, “M87 kara deliklerinin bu yüksek çözünürlüklü görüntüsünü oluşturmak için onlarca bilim adamının yıllar ve büyük bir çaba sarf etmesi gerekti” dedi. “Bu yaklaşım yalnızca en büyük ve en yakın kara delikler için işe yarar – M87’nin kalbindeki çift ve potansiyel olarak kendi Samanyolumuz.”

“Tekniğimiz ile zaman içinde karadeliklerin parlaklığını ölçüyorsunuz, her bir nesneyi uzamsal olarak çözmenize gerek yok. Bu sinyali birçok galakside bulmak mümkün olmalı” diye ekledi.

Bir kara deliğin gölgesi hem en gizemli hem de bilgilendirici özelliğidir. Columbia’da fizik profesörü olan ortak yazar Zoltan Haiman, “Bu karanlık nokta bize kara deliğin boyutunu, etrafındaki uzay-zamanın şeklini ve maddenin ufkuna yakın kara deliğe nasıl düştüğünü anlatıyor” dedi.

Kara delik gölgeleri, evrenimizin temel kuvvetlerinden biri olan yerçekiminin gerçek doğasının sırrını da saklıyor olabilir. Einstein’ın genel görelilik olarak bilinen yerçekimi teorisi, kara deliklerin boyutunu tahmin ediyor. Bu nedenle fizikçiler, doğanın nasıl çalıştığına dair iki rakip fikri uzlaştırma çabasıyla alternatif yerçekimi teorilerini test etmek için onları aradılar: Einstein’ın yörüngedeki gezegenler ve genişleyen evren gibi büyük ölçekli fenomenleri açıklayan genel görelilik ve kuantum fiziği. elektronlar ve fotonlar gibi küçük parçacıkların aynı anda birden fazla durumu işgal edebilmesi.

Araştırmacılar, erken evrende çok uzak bir galaksinin merkezinde şüpheli bir çift süper kütleli kara delik tespit ettikten sonra, süper kütleli karadeliklerin patlamasıyla ilgilenmeye başladılar. NASA’nın gezegen avcısı Kepler uzay teleskobu, ev sahibi yıldızının önünden geçen bir gezegene karşılık gelen parlaklıktaki küçük düşüşleri tarıyordu. Bunun yerine, Kepler, Haiman ve meslektaşlarının bir çift birleşen kara delik olduğunu iddia ettikleri parlamaları tespit etti.

Uzak gökadaya, mercek etkisi yoluyla her tam dönüşte birbirini büyüten şüpheli kara deliklerin tetiklediği parlaklık artışları için “Spikey” adını verdiler. Parlama hakkında daha fazla bilgi edinmek için Haiman, doktora sonrası Davelaar ile bir model oluşturdu.

Bununla birlikte, simüle edilmiş kara delik çiftleri, biri diğerinin önünde yörüngede döndüğü her seferinde beklenmedik, ancak periyodik bir parlaklık düşüşü ürettiğinde kafaları karıştı. İlk başta, bunun bir kodlama hatası olduğunu düşündüler. Ancak daha fazla kontrol, sinyale güvenmelerini sağladı.

Bunu açıklamak için fiziksel bir mekanizma ararken, parlaklıktaki her düşüşün, izleyiciye en yakın kara deliğin arkadaki kara deliğin gölgesinin önünden geçmesi için geçen süreyle yakından eşleştiğini fark ettiler.

Araştırmacılar şu anda Spikey’nin aslında bir çift birleşen kara deliği barındırdığını doğrulamak için Kepler verilerinde gördükleri düşüşü doğrulamak için başka teleskop verileri arıyorlar. Her şey yolunda giderse, teknik, şimdiye kadar tespit edilen ve onay bekleyen 150 kadar süper kütleli karadeliğin birleştiğinden şüphelenilen birkaç çifte uygulanabilir.

Önümüzdeki yıllarda daha güçlü teleskoplar çevrimiçi hale geldikçe, başka fırsatlar da ortaya çıkabilir. Bu yıl açılması planlanan Vera Rubin Gözlemevi, 100 milyondan fazla süper kütleli karadeliğe bakıyor. NASA’nın yerçekimi dalgası dedektörü LISA, 2030’da uzaya fırlatıldığında, daha fazla kara delik keşfi mümkün olacak.

Davelaar, “Bu kara delik ikili dosyalarının yalnızca küçük bir kısmı, önerilen etkimizi ölçmek için doğru koşullara sahip olsa bile, bu kara delik düşüşlerinin çoğunu bulabiliriz.” Dedi.