Devasa eliptik gökada M87’nin bir fotoğrafı [left] Hubble ve Keck teleskoplarıyla yapılan titiz gözlemlerden derlenen üç boyutlu şekliyle karşılaştırılır. [right]. Galaksi gökbilimciler için stereoskopik görüş kullanamayacak kadar uzakta olduğundan, bunun yerine M87’nin merkezi etrafındaki yıldızların hareketini kovan etrafındaki arılar gibi takip ettiler. Bu, yıldızların galakside nasıl dağıldığına dair üç boyutlu bir görünüm yarattı. Kredi: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI), Frank Summers (STScI), Chung-Pei Ma (UC Berkeley)
Dev bir eliptik galaksinin etrafındaki yıldız hızlarının haritalanması, onun asimetrik yapısını ortaya koyuyor.
Araştırmacılar, daha önce simetrik olduğu düşünülen M87 galaksisinin aslında asimetrik olduğunu keşfettiler. Süper kütlesini belirlediler[{” attribute=””>black hole has a mass of 5.37 billion times that of the sun, which could help them learn about the black hole’s spin.
Seen from Earth, the giant elliptical galaxy M87 is just a two-dimensional blob, though one that appears perfectly symmetrical and thus a favored target of amateur astronomers.
Yet, a new, highly detailed analysis of the motion of stars around its central supermassive black hole — the first black hole to be imaged by the Event Horizon Telescope (EHT) in 2019 — reveals that it’s not as perfect as it looks.
In fact, M87 is highly asymmetrical, like a russet potato. The galaxy’s shortest axis is about three-fourths (72.2%) the length of its long axis, while the intermediate axis is about seven-eighths (84.5%) that of the long axis.
Knowing this, University of California, Berkeley, astronomers were able to determine the mass of the supermassive black hole at the galaxy’s core to a high precision, estimating it at 5.37 billion times the mass of the sun. By comparison, our own Milky Way has at its center a massive black hole only 4 million times the mass of the sun.
They also were able to measure the rotation of the galaxy, which is a relatively sedate 25 kilometers per second. Interestingly, it is not rotating around any of the galaxy’s major axes, but instead about an axis that is 40 degrees away from the long axis of its 2D image as observed by the Hubble Space Telescope.
Gözlemciler için, M87 simetrik bir yıldız bloğu gibi görünüyor. Ancak UC Berkeley gökbilimcileri tarafından yapılan titiz ölçümler, yıldızların eliptik gökada içindeki hareketini ortaya çıkardı ve gökbilimcilerin üç eksenli gökada dedikleri şeklinin daha çok bir patatese benzediğini gösterdi. Kredi: Animasyon NASA, ESA, Joseph Olmsted/STScI; Frank Summers/STScI’ın 3B modeli; Chung-Pei Ma/UC Berkeley’den Bilim
M87 galaksisinin stereo rekonstrüksiyonu ve merkezi kara deliğin kütlesi için daha kesin rakam, astrofizikçilerin kara deliğin daha önce herhangi bir kara delik için belirlemenin hiçbir yolu olmayan bir özelliği hakkında bilgi edinmelerine yardımcı olabilir: dönüşü.
Chung-Pei Ma, “Artık M87’deki yıldızların net dönüş yönünü bildiğimize ve kara deliğin güncellenmiş kütlesine sahip olduğumuza göre, dönüşü sınırlamak için bu bilgiyi EHT ekibinden gelen harika verilerle birleştirebiliriz” dedi. araştırma ekibine liderlik eden bir UC Berkeley astronomi ve fizik profesörü. “Bu, kara delik için dikkate değer olan belirli bir dönüş yönüne ve aralığına işaret edebilir. Bu konuda çalışıyoruz.”
Devasa eliptik gökadaların (çekirdeklerinde en büyük karadeliklere sahip gökadalar) gerçek şeklini belirlemeye yönelik ileri analizler, gökbilimcilerin büyük gökadaların ve büyük karadeliklerin nasıl oluştuğunu daha iyi anlamalarına yardımcı olacak ve gökbilimcilerin yerçekimi dalgası sinyallerini daha iyi yorumlamalarına yardımcı olabilir. Ma, MASİF olarak adlandırılan süper kütleli kara delikler üzerine uzun vadeli bir araştırmaya liderlik ediyor.
Sonuçlar yakın zamanda yayınlandı bu Astrofizik Dergi Mektupları (ApJ Harfleri).
Sol üstte dev eliptik gökada M87 ile Başak Gökada Kümesi. Görünen simetrisine rağmen, bir UC Berkeley araştırması, M87’nin 3B şeklinin çok asimetrik olduğunu gösteriyor. Bu belirleme, galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin kütlesine ilişkin tahminlerin netleştirilmesine yardımcı olur. Kredi bilgileri: Fernando Pena
Bir galaksinin 3 boyutlu şeklini belirleme
Sarmal gökadalar küçük olma, hızlı dönme ve iyi tanınan bir gözleme şekline sahip olma eğilimindeyken, dev eliptik gökadalar yavaş dönerler ve şişkin bir görünüme sahiptirler, 3B şekillerini ayırt etmek zordur. Devasa Başak Gökada Kümesi’ndeki en büyük gökada olan M87 gibi, dev eliptik gökadalar da diğer birçok gökadanın birleşmesinden büyümüştür. Muhtemelen M87’nin merkezi kara deliğinin bu kadar büyük olmasının nedeni budur – yuttuğu tüm galaksilerin merkezi kara deliklerini özümsemiştir. Toplamda, galaksi Samanyolu’ndan 10 kat daha büyük olan yaklaşık 100 milyar yıldız içerir.
Ma, UC Berkeley yüksek lisans öğrencisi ve baş yazar Emily Liepold ve College Station’daki Texas A&M Üniversitesi’nden Jonelle Walsh, ikiz 10 teleskoplardan biri olan Keck II Teleskopu üzerine monte edilmiş nispeten yeni bir hassas alet sayesinde M87’nin 3B şeklini belirleyebildiler. Hawai’i’de bir volkan olan Mauna Kea’nın tepesindeki metrelik Keck teleskopları. Keck Kozmik Ağ Görüntüleyici (KCWI) olarak adlandırılan entegre alan spektrometresi, Ma ve ekibinin galaksinin merkezindeki yıldızların tayfını ölçmesine olanak sağladı.
Teleskobu galakside, yaklaşık 70.000 ışıkyılı çapındaki bir bölgeyi tamamen kaplayan 62 bitişik konuma doğrulttular ve o bölgedeki yıldızların tayfını kaydettiler. Gözlemler, yerçekiminin büyük ölçüde süper kütleli kara deliğin yanı sıra karanlık maddenin hakim olduğu dış kısma hakim olduğu merkezi bölgeyi – yaklaşık 3.000 ışıkyılı genişliğinde – kapsıyor. Teleskop tek tek yıldızları çözemese de – M87 Dünya’dan yaklaşık 53 milyon ışıkyılı uzaklıkta yer alıyor – spektrum, her görüntünün her bir pikselindeki hız aralığını, yörüngede bulundukları yerçekimi kütlesini hesaplamak için yeterli bilgiyi ortaya çıkarabilir.
Judy Chandler Webb Fizik Bilimleri Profesörü Ma, “Kendi mutlu yörüngelerinde dolaşan 100 milyar arıdan oluşan bir sürüye bakmak gibi bir şey” dedi. “Arılara uzaktan bakıp tek tek ayırt edemesek de, toplu hızları hakkında çok detaylı bilgiler alıyoruz. M87’yi bu kadar kapsamlı bir şekilde haritalandırmamızı sağlayan, gerçekten de bu spektrografın üstün hassasiyetidir.”
Bu, uzak bir gökadanın geometrisini yeniden oluşturmak için KCWI’nin ilk kez kullanılmasıdır ve M87, 3B yapısı belirlenen bir avuç dev eliptik gökadadan biridir. Ma’nın ekibi daha önce, her ikisi de M87’den daha küçük kara delikler barındıran diğer iki dev eliptik gökadanın, NGC 1453 ve NGC 2693’ün 3B yapısını belirlemişti.
Araştırmacılar, 2020 ile 2022 yılları arasında dört gecelik Keck gözlemleri sırasında elde edilen verileri ve NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’ndan M87 için daha önceki fotometrik verileri aldı ve bunları yıldızların üç eksenli bir galaksinin merkezi etrafında nasıl hareket ettiğine dair bilgisayar modeli tahminleriyle karşılaştırdı. Verilere en uygun olan – 1’den 0,84’e 0,72’ye kadar olan eksenel oranlar – kara delik kütlesini hesaplamalarına izin verdi.
Ma, “Kec verileri o kadar iyi ki, M87’nin içsel şeklini kara delikle birlikte aynı anda ölçebiliyoruz” dedi. “Galaksinin gerçek 3 boyutlu şeklinin ilk ölçümünü yaptık. Ve arı sürüsünün sadece bir küre veya diskten daha genel bir şekle sahip olmasına izin verdiğimiz için, arıların yörünge hızlarını yöneten merkezi kara deliğin kütlesinin daha güçlü bir dinamik ölçümüne sahibiz.”
Yazarlar el yazmalarını, M87’nin merkezinde süper kütleli bir kara deliğin pusuda beklediğini ilk kez öne süren ve kütlesinin yaklaşık 5 milyar güneş kütlesi olduğunu hesaplayan merhum astronom Wallace “Wal” Sargent’a adadılar.
California Teknoloji Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacıyken Sargent’a akıl hocası olduğunu söyleyen Ma, “Onun sayısı, hata çubuklarımızla bir uyum içinde, onlarca yıllık çalışmadan sonra bunu görmek çok ilginç,” dedi.
2011’de yayınlanan M87’deki süper kütleli kara deliğin kütlesine ilişkin önceki tahmin, yıldızların kara delik etrafındaki dinamik hareketinin benzer bir analizine dayanıyordu, ancak bu çalışma galaksinin eksenel simetrik olduğunu varsayıyordu. 6.14 milyar güneş kütlesi olan sayı, yeni ve daha kesin tahminin hata çubukları içinde. Dört yıl önce kara deliği görüntülerken, EHT bilim adamları kara delik kütlesinin yeni sayıdan %21 daha yüksek olan 6,5 milyar güneş kütlesi olduğunu tahmin ettiler.
İlginç bir şekilde, analiz ettikleri galaksinin hacmindeki karanlık madde, kara deliğinkinden çok daha fazla – yaklaşık 388 milyar güneş kütlesi veya M87’nin tüm kütlesinin %67’si. Karanlık maddenin kimliği hala bir muamma olsa da, evrenin kütlesinin yaklaşık %85’ini oluşturur.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. M87 Galaksinin Gerçek 3B Şekli Ortaya Çıktı.
Referans: Emily R. Liepold, Chung-Pei Ma ve Jonelle L. Walsh tarafından yazılan “M87’nin Keck İntegral Alan Spektroskopisi, Kendinden Üç Eksenli Bir Gökadayı ve Gözden Geçirilmiş Bir Kara Delik Kütlesini Ortaya Çıkarıyor”, 15 Mart 2023, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/acbbcf
Jonelle Walsh, Texas A&M’de George P. ve Cynthia Woods Mitchell Temel Fizik ve Astronomi Enstitüsü ile birlikte. Çalışma, Ulusal Bilim Vakfı (AST-1817100, AST-2206307), Heising-Simons Vakfı ve Miller Bilimde Temel Araştırma Enstitüsü tarafından finanse edildi.