Bu, Galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara delik olan Sagittarius A*’nın (Sgr A*) Event Horizon Teleskobu (EHT) tarafından yakalanan ilk görüntüsü. Bu kara deliğin varlığının ilk doğrudan görsel kanıtı. Kredi: EHT İşbirliği
Gökbilimciler dünyanın ilk görüntüsünü ortaya çıkardı[{” attribute=””>black hole at the heart of our galaxy. It is the first direct visual evidence of a ring-like structure like M87*. Theoretical Physicists of Goethe University Frankfurt were instrumental in interpreting the data.
Astronomers have unveiled the first image of the supermassive black hole at the center of our own Milky Way galaxy. This result provides overwhelming evidence that the object is indeed a black hole and yields valuable clues about the workings of such giants, which are thought to reside at the center of most galaxies. The image was produced by a global research team called the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, using observations from a worldwide network of radio telescopes. Theoretical Physicists from Goethe University Frankfurt were instrumental in interpreting the data.
The image is a long-anticipated look at the massive object that sits at the very center of our galaxy. Scientists had previously seen stars orbiting around something invisible, compact, and very massive at the center of the Milky Way. This strongly suggested that this object — known as Sagittarius A* (Sgr A*, pronounced “sadge-ay-star”) — is a black hole, and this new image provides the first direct visual evidence of it.
Example of a simulation of how the gas orbits the black hole in the center of our Milky Way and emits radio waves at 1.3 mm. Credit: Younsi, Fromm, Mizuno & Rezzolla (University College London, Goethe University Frankfurt
Although we cannot see the black hole itself, because it is completely dark, glowing gas around it reveals a tell-tale signature: a dark central region (called a “shadow”) surrounded by a bright ring-like structure. The new view captures light bent by the powerful gravity of the black hole, which is four million times more massive than our Sun.
“We were stunned by how well the size of the ring agreed with predictions from Einstein’s theory of general relativity,” says EHT Project Scientist Geoffrey Bower from the Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei. “These unprecedented observations have greatly improved our understanding of what happens at the very center of our galaxy and offer new insights on how these giant black holes interact with their surroundings.”
Galaksimizin merkezindeki kara deliğin görüntüsünü yakalamak için ne gerekiyor? Bu video Event Horizon Telescope’un (EHT) nasıl çalıştığını ve astronomların kara deliklerin kenarlarını “görmek” için yeterince büyük, Dünya boyutunda devasa bir teleskop yaratmayı nasıl başardıklarını açıklıyor. Kredi: ESO
Kara delik Dünya’dan yaklaşık 27.000 ışıkyılı uzaklıkta olduğu için, bize gökyüzünde Ay’daki bir çörek ile aynı büyüklükte görünüyor. Bunu görüntülemek için ekip, gezegendeki mevcut sekiz radyo gözlemevini tek bir “Dünya boyutunda” sanal teleskop oluşturmak için birbirine bağlayan güçlü EHT’yi yarattı. EHT, Sgr A*’yı birden fazla gecede gözlemleyerek, bir kamerada uzun bir pozlama süresi kullanmaya benzer şekilde, art arda saatlerce veri topladı.
Toplanan muazzam miktarda gözlemsel verinin teorik olarak yorumlanması gerekiyordu. Bunun için Goethe Üniversitesi Frankfurt’tan teorik astrofizikçi Luciano Rezzolla liderliğindeki bir araştırma ekibi, Sgr A* hakkında zaten bilinenlere dayanarak EHT tarafından gözlemlendiğinde bir kara deliğin nasıl görünebileceğini simüle etmek için süper bilgisayarlar kullandı. Bu şekilde, bilim adamları milyonlarca görüntüden oluşan bir kütüphane oluşturdular. Ardından, Sgr A*’nın özelliklerini çıkarmak için bu görüntü kitaplığını EHT’nin binlerce farklı görüntüsüyle karşılaştırdılar.
Bu atılım, daha uzaktaki Messier 87 galaksisinin merkezindeki M87* adlı bir kara deliğin ilk görüntüsünün EHT Collaboration’ın 2019 yayınını takip ediyor.
Luciano Rezzolla, Profesör für Theoretische Astrofizik, Goethe-Universität Frankfurt. Kredi bilgileri: Juergen Lecher
Galaksimizin kara deliği M87*’den bin kat daha küçük ve daha az kütleli olmasına rağmen, iki karadelik oldukça benzer görünüyor. EHT Bilim Konseyi Başkan Yardımcısı ve aynı zamanda teorik astrofizik profesörü Sera Markoff, “Tamamen farklı iki tür gökadamız ve iki çok farklı kara delik kütlesine sahibiz, ancak bu kara deliklerin kenarlarına yakın yerlerde inanılmaz derecede benzer görünüyorlar” diyor. Amsterdam Üniversitesi, Hollanda. “Bu bize, genel göreliliğin bu nesneleri yakından yönettiğini ve daha uzakta gördüğümüz tüm farklılıkların kara delikleri çevreleyen materyaldeki farklılıklardan kaynaklanması gerektiğini söylüyor.”
Bu başarı, Sgr A* bize çok daha yakın olmasına rağmen, M87*’den çok daha zordu. ABD, Arizona Üniversitesi Astronomi Bölümü ve Veri Bilimi Enstitüsü Steward Gözlemevi’nden EHT bilimcisi Chi-kwan (‘CK’) Chan şöyle açıklıyor: “Kara deliklerin çevresindeki gaz aynı hızda hareket ediyor. — neredeyse ışık kadar hızlı — hem Sgr A* hem de M87* çevresinde. Ancak gazın daha büyük olan M87*’yi yörüngeye oturtması günler ila haftalar alırken, çok daha küçük olan Sgr A*’da bir yörüngeyi yalnızca dakikalar içinde tamamlar. Bu, EHT İşbirliği bunu gözlemlerken Sgr A* çevresindeki gazın parlaklığının ve düzeninin hızla değiştiği anlamına geliyor – biraz hızlı bir şekilde kuyruğunu kovalayan bir köpek yavrusunun net bir resmini çekmeye çalışmak gibi.”
Araştırmacılar, Sgr A* çevresindeki gaz hareketini açıklayan sofistike yeni araçlar geliştirmek zorunda kaldı. M87*, neredeyse tüm görüntülerin aynı göründüğü daha kolay ve sabit bir hedef iken, Sgr A* için durum böyle değildi. Sgr A* kara deliğinin görüntüsü, ekibin çıkardığı farklı görüntülerin ortalamasıdır ve sonunda galaksimizin merkezinde gizlenen devi ilk kez ortaya çıkarır.
Bu çaba, birlikte EHT İşbirliğini oluşturan dünya çapında 80 enstitüden 300’den fazla araştırmacının yaratıcılığı sayesinde mümkün olmuştur. Ekip, Sgr A* görüntülemenin zorluklarının üstesinden gelmek için karmaşık araçlar geliştirmeye ek olarak, beş yıl boyunca titizlikle çalıştı, verilerini birleştirmek ve analiz etmek için süper bilgisayarları kullandı ve tüm bunları gözlemlerle karşılaştırmak için benzeri görülmemiş bir simüle edilmiş kara delikler kitaplığı derledi.
Frankfurt Goethe Üniversitesi’nde Teorik Astrofizik profesörü Luciano Rezzolla şöyle açıklıyor: “Cismin kütlesi ve uzaklığı bizim gözlemlerimizden önce çok kesin olarak biliniyordu. Böylece, bozon yıldızları veya solucan delikleri gibi diğer kompakt nesneleri dışlamak için gölgenin boyutu üzerindeki bu sıkı kısıtlamaları kullandık ve şu sonuca vardık: ‘Gördüklerimiz kesinlikle bir kara deliğe benziyor!’”
Frankfurt’taki teorisyenler, gelişmiş sayısal kodları kullanarak, plazma kara deliğin üzerine yığılıyor. Rezzolla: “Yığınlanma ve radyasyon emisyon modellerini değiştiren ve kara deliğe göre farklı eğilimlerdeki gözlemciler tarafından görülen varyasyonları dikkate alan üç milyon sentetik görüntü hesaplamayı başardık.”
Bu son işlem gerekliydi çünkü bir kara deliğin görüntüsü, farklı eğilimlerdeki gözlemciler tarafından görüldüğünde kökten farklı olabilir. Rezzolla, “Aslında, Sgr A* ve M87* görüntülerimizin oldukça benzer olmasının bir nedeni, iki kara deliği neredeyse aynı açıdan görmemizdir,” diye açıklıyor.
“EHT’nin nasıl bir Sgr A* görüntüsünü ürettiğini anlamak için, hızlandırılmış bir videoya dayalı olarak bir dağ zirvesinin resmini üretmeyi düşünebiliriz. Zirve, hızlandırılmış videoda çoğu zaman görünür olsa da, bulutlar tarafından gizlendiği için olmadığı zamanlar vardır. Bununla birlikte, ortalama olarak, zirve açıkça oradadır. Benzer bir şey, gözlemleri dört sınıfta toplanan ve ardından özelliklerine göre ortalaması alınan binlerce görüntüye yol açan Sgr A* için de geçerlidir. Sonuç, Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin net bir ilk görüntüsü.” Rezzolla bitiriyor.
Bilim adamları, nihayet, nasıl karşılaştırıldıklarını ve zıt olduklarını anlama fırsatı sunan, çok farklı boyutlarda iki kara deliğin görüntülerine sahip olmaktan özellikle heyecan duyuyorlar. Ayrıca, süper kütleli kara delikler etrafında gazın nasıl davrandığına dair teorileri ve modelleri test etmek için yeni verileri kullanmaya başladılar. Bu süreç henüz tam olarak anlaşılamamıştır ancak galaksilerin oluşumunu ve evrimini şekillendirmede kilit bir rol oynadığı düşünülmektedir.
Taipei, Academia Sinica, Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nden EHT bilimcisi Keiichi Asada, “Artık bu önemli sürecin nasıl çalıştığına dair değerli yeni ipuçları elde etmek için bu iki süper kütleli kara delik arasındaki farkları inceleyebiliriz” diyor. “Evrendeki süper kütleli kara deliklerin biri büyük ucunda ve diğeri küçük ucunda olmak üzere iki kara delik için görüntülerimiz var – bu nedenle yerçekiminin bu aşırı ortamlarda nasıl davrandığını test etmek için her zamankinden daha ileri gidebiliriz.”
EHT’deki ilerleme devam ediyor: Mart 2022’deki büyük bir gözlem kampanyası, her zamankinden daha fazla teleskop içeriyordu. EHT ağının devam eden genişlemesi ve önemli teknolojik yükseltmeler, bilim insanlarının yakın gelecekte kara delik videolarının yanı sıra daha da etkileyici görüntüleri paylaşmalarına olanak tanıyacak.
Referans: “İlk Yay A* Olay Ufku Teleskobu Sonuçları. I. The Shadow of the Shadow of the Center in the Center of the Samany Way” yazan Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi, Walter Alef, Juan Carlos Algaba, Richard Anantua, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Uwe Bach, Anne-Kathrin Baczko, David Ball , Mislav Balokovic, John Barrett, Michi Bauböck, Bradford A. Benson, Dan Bintley, Lindy Blackburn, Raymond Blundell, Katherine L. Bouman, Geoffrey C. Bower, Hope Boyce, Michael Bremer, Christiaan D. Brinkerink, Roger Brissenden, Silke Britzen , Avery E. Broderick, Dominique Broguiere, Thomas Bronzwaer, Sandra Bustamante, Do-Young Byun, John E. Carlstrom, Chiara Ceccobello, Andrew Chael, Chi-kwan Chan, Koushik Chatterjee, Shami Chatterjee, Ming-Tang Chen, Yongjun Chen, Xiaopeng Cheng, Ilje Cho, Pierre Christian, Nicholas S. Conroy, John E. Conway, James M. Cordes, Thomas M. Crawford, Geoffrey B. Crew, Alejandro Cruz-Osorio, Yuzhu Cui, Jordy Davelaar, Mariafelicia De Laurentis, Roger Deane, Jessica Dempsey, Gregory Desvignes, Jason Dexter, Vedant Dhruv, O perd S. Doeleman, Sean Dougal, Sergio A. Dzib, Ralph P. Eatough, Razieh Emami, Heino Falcke, Joseph Farah, Vincent L. Fish, Ed Fomalont, H. Alyson Ford, Raquel Fraga-Encinas, William T. Freeman, Per Friberg, Christian M. Fromm, Antonio Fuentes, Peter Galison, Charles F. Gammie, Roberto García, Olivier Gentaz, Boris Georgiev, Ciriaco Goddi, Roman Gold, Arturo I. Gómez-Ruiz, José L. Gómez, Minfeng Gu, Mark Gurwell, Kazuhiro Hada, Daryl Haggard, Kari Haworth, Michael H. Hecht, Ronald Hesper, Dirk Heumann, Luis C. Ho, Paul Ho, Mareki Honma, Chih-Wei L. Huang, Lei Huang, David H. Hughes, Shiro Ikeda , CM Violette Impellizzeri, Makoto Inoue, Sara Issaoun, David J. James, Buell T. Jannuzi, Michael Janssen, Britton Jeter, Wu Jiang, Alejandra Jiménez-Rosales, Michael D. Johnson, Svetlana Jorstad, Abhishek V. Joshi, Taehyun Jung , Mansour Karami, Ramesh Karuppusamy, Tomohisa Kawashima, Garrett K. Keating, Mark Kettenis, … John Test, Karl Torstensson, Paulina Venegas, Craig Walther, Ta-Shun Wei, Ch ris White, Gundolf Wieching, Rudy Wijnands, Jan GA Wouterloot, Chen-Yu Yu, Wei Yu ve Milagros Zeballos, 12 Mayıs 2022, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674
Goethe Üniversitesi’nden bir dizi bilim insanı EHT İşbirliği ile ilişkilidir. Profesör Luciano Rezzolla, Dr. Alejandro Cruz Orsorio, Dr. Prashant Kocherlakota ve Kotaro Moriyama, ayrıca Prof Mariafelicia De Laurentis (Naples Üniversitesi), Dr. Christian Fromm (Würzburg Üniversitesi), Prof Roman Gold (Güney Danimarka Üniversitesi) ile birlikte , Dr. Antonios Nathanail (Atina Üniversitesi) ve Dr. Ziri Younsi (Londra Üniversitesi Koleji), EHT İşbirliğindeki teorik araştırmaya önemli katkılar sağlamıştır.
Bu çalışma Avrupa Araştırma Konseyi tarafından desteklenmiştir.