Gökbilimciler, uzayda hızla ilerleyen ve ardında yıldız oluşumunu bırakan haydut bir süper kütleli kara delik tespit ettiler.

Bizimki gibi büyük galaksilerin merkezinde süper kütleli kara delikler (SMBH’ler) gizleniyor. Galaksinin kalbindeki hakim konumlarından gaz, toz, yıldızlar ve çok yaklaşan ve zaman geçtikçe kütleleri artan diğer her şeyle beslenirler. Ancak nadir durumlarda, bir SMBH konumundan çıkmaya zorlanabilir ve haydut bir SMBH olarak uzayda fırlayabilir.

Yeni bir makalede, Kanada, Avustralya ve ABD’den araştırmacılar, uzayı yararak ilerleyen ve galaktik ortam (CGM) ile etkileşime giren haydut bir SMBH’nin kanıtlarını sunuyorlar. Yol boyunca, dev şok dalgaları yaratıyor ve yıldız oluşumunu tetikliyor.

Makale, “Şoklar ve ardından yıldız oluşumu ile tanımlanan, kaçak bir süper kütleli kara delik adayı.” Baş yazar, Yale Üniversitesi’nde Astronomi ve Fizik Profesörü olan Pieter van Dokkum’dur. Kağıt şu adreste mevcuttur: arXiv ön baskı sunucusu ve henüz hakem denetiminden geçmedi.

Kaçak bir SMBH’yi hiç duymadıysanız, yalnız değilsiniz. SMBH’ler normalde galaksilerin merkezlerinde kilitlenir ve kaldıkları yer orasıdır. Ancak bilim adamları, SMBH’lerin nadir durumlarda galaksilerinden kaçabileceğini düşünüyor. Makalelerinde yazarlar, bir SMBH’nin ev sahibi galaksisinden nasıl atılabileceğini açıklıyor.

Her zaman galaksiler birleştiğinde başlar. Bu, birleşme kalıntısının merkezinde bir ikili SMBH oluşumuna yol açar. İkili SMBH çok uzun ömürlü olabilir ve birleşmeden önce bir milyar yıl kadar hayatta kalabilir. Bu süre zarfında üçüncü bir SMBH galaktik merkeze ulaşırsa, o zaman üç cisim etkileşimi SMBH’lerden birine hız artışı sağlayabilir ve galaksiden sürülebilir.

Ancak teorik temellerine rağmen, bu haydut SMBH’leri bulmak zordur. Gökbilimciler, yaklaşık 230 milyon ışıkyılı uzaklıkta, 2021’deki en iyi adaylardan birini belirlediler. Yazarlar, son zamanlardaki bozulmayı gösteren tuhaf hareket ve hız fark ettiler. Ancak devam eden bir galaksi birleşmesi mi, ikili bir kara delik sistemi mi yoksa yerçekimi dalgası geri tepme olayı mı gördüklerine karar veremediler.

Gökbilimciler, kontrolden çıkmış bir SMBH’yi tanımlayabilecekleri birkaç yol tanıyorlar. En kolay yol, deliğin aktif bir galaktik çekirdek olarak materyali aktif olarak soğurması ve parlaklığı ile tanımlanabilmesidir. Yazarlar, “Bu tür nesneler için,” diye yazıyor, “bir SMBH’nin varlığı şüphe götürmez, ancak bunların ‘çıplak’ kara delikler mi yoksa birleşen galaksilerin çekirdekleri mi olduğunu belirlemek zor olabilir.”

Başka bir yol da, haydut deliğin kendisiyle birlikte sürüklediği yıldız kütlesidir. Bir SMBH fırlatıldığında, muazzam yerçekimi gücü beraberinde bazı yıldızları da çeker. Ancak bir AGN’den gelen parlaklık olmadan, loşluk, deliği ve onun yıldız yoldaşlarını büyük bir mesafeden tanımlamayı zorlaştırır.

Gökbilimcilerin potansiyel bir haydut SMBH’yi tanıyabilmelerinin üçüncü bir yolu, içinden geçerken galaktik ortamdaki (CGM) dağınık gaz üzerindeki etkisidir.

Yazarlar, “Kaçak bir süper kütleli kara deliğin CGM ile etkileşimi, şoklanmış bir gazın ve arkasında genç yıldızların oluşmasına yol açabilir” diye yazıyor. Makalelerinde, Hubble’ın Anketler için Gelişmiş Kamerasından alınan görüntülerde bu uyanışlardan biri olabilecek doğrusal bir özelliğin şans eseri keşfini bildirdiler.

Bir SMBH, CGM’de iyonize hidrojen içinden geçtiğinde, arkasında uzun bir iz bırakan bir şok cephesi oluşturur. Ardından, şok gaz bulutları soğuyabilir ve iz üzerinde düğüm gibi görünen yıldızlar oluşturabilir. Araştırmacılar doğrusal özellikteki düğümlerden üçünü analiz ettiler ve yaşlarını ve metalikliklerini ölçtüler.

Teori ve modelleme, ardından oluşan en genç yıldızların yaklaşık 30 milyon yaşından küçük olması gerektiğini gösteriyor. Araştırmacılar özelliklerini ölçtüğünde, üç düğümün modellerin ortaya koyduğu yaş aralığında olduğunu buldular. Ayrıca metallik ve toz içeriği aralığındadırlar.

Ev sahibi galaksi bir SMBH fırlattıysa, galaksi bozulma belirtileri göstermelidir. SMBH’ler olağanüstü derecede büyüktür ve bu kadar kütle bir galaksiyi şekillendirmeden hareket edemez. Ekip, haydut SMBH’yi doğuran galaksiyi inceledi ve morfolojisinin bozulduğunu buldu.

Bununla birlikte, lineer özellik için başka bir olası açıklama daha vardır. Bir haydut SMBH yerine bir kara delik jeti olabilir. Doğru koşullar altında, kara delik jetleri ayrıca CGM’deki gazı şok edebilir ve yıldız oluşumuna yol açabilir. Yazarlar, “Yıldız oluşumunu tetikleyen yakınlarda iyi incelenmiş iki jet örneği var” diyor. Bunlardan birine Minkowski’nin Nesnesi denir.

Yazarlar, kara delik jet açıklamasını bir olasılık olarak kabul ediyor, ancak bununla ilgili çok fazla sorun olduğunu söylüyorlar. Görünür emisyon çizgileri, kara delik jetlerinin bir özelliği değildir ve nükleer faaliyete dair hiçbir kanıt yoktur. Morfolojide de bir sorun var. Yazarlar, “Daha ciddi bir sorun, özelliğin morfolojisinin jet kaynaklı yıldız oluşumunun simülasyonları veya gözlemleriyle eşleşmemesidir” diye açıklıyor.

Veriler ve gözlemler için en iyi açıklama olarak kaçak bir SMBH’ye karar verirler.

“Çizgi oranları, renkler ve genel morfoloji, yıldız oluşumunu tetiklerken CGM’den yüksek hızda hareket eden fırlatılan bir SMBH ile tutarlıdır” diye yazıyorlar.

Karadeliklerin yerini tespit etmek, bu sonuç için tartışılmaz bir kanıt olacaktır. Araştırmacılar, “Bu senaryo için ‘tüten silah’ kanıtı, kara deliklerin kendilerinin açık bir şekilde tanımlanması olacaktır” diye yazıyor. “Onları arayabileceğiniz bariz yerler, Şekil 6’daki A ve B’dir.”

“Bunlar, ‘hiper kompakt yıldız sistemleri’ adayları, yıldızlarla çevrili SMBH’ler ve onlarla birlikte kaçan gazlar,” diye açıklıyorlar.

Bu gözlemlerdeki uzun özellik oldukça olağandışıdır, bu nedenle olağandışı bir nedeni varsa sürpriz olmayacaktır. Sahte SMBH’lerin iş başında olup olmadığını yalnızca daha fazla gözlem belirleyebilir ve JWST bunları sağlayabilir. “Örneğin, JWST NIRSPEC IFU’dan alınan daha derin veriler, kara deliklere bağlı iyonize gazın beklenen geniş, oldukça kırmızı veya maviye kaymalı emisyon hatlarını gösterebilir. Bu veriler ayrıca akışları, şokları ve yıldızları mekansal olarak çözebilir. A yakınında oluşum,” diyor yazarlar ileriye bakarak.

Ve bu özellikleri oluşturan kaçak SMBH’lerin bir örneği varsa, başkaları da olacaktır.

“Geleceğe baktığımızda, HST görüntülerindeki özelliğin morfolojisi o kadar çarpıcı ki, varsa daha fazla örnek bulmak çok zor olmamalı. Nancy Grace Roman teleskobundan gelecek veriler otomatik algoritmalarla aranabilir” diye açıklıyorlar.

Galaksisinden kopmuş ve galaksi çevresi ortamda dolaşan haydut bir SMBH, büyüleyici bir fenomendir. SMBH’leri, galaksi büyümesiyle nasıl bağlantılı olduklarını ve yerçekimi dalgaları üretmek için nasıl birleştiklerini anlamanın henüz ilk aşamalarındayız.

Ev sahibi galaksilerinden kovulabileceklerini bulmak, yalnızca doğanın ortaya çıkarabileceği bir karmaşıklık katmanı ekler.