Süper kütleli kara delikler, yakındaki yıldızların bozulmasına veya yok olmasına neden olarak Tidal Disruption Events (TDE’ler) ile sonuçlanır. Bu TDE’lerden gelen polarize ışık gözlemleri, ilgili süreçler hakkında önemli ayrıntıları ortaya çıkardı.
Evren, burada bir yıldızın bile yaşamının kısalabileceği şiddetli bir yer. Bu, bir yıldız kendisini “kötü” bir mahallede, özellikle de bir süper kütleli cismin yakınında bulduğunda olur. Kara delik.
Güneşimizden milyonlarca hatta milyarlarca kat daha büyük bir kütleye sahip olan bu kara delikler, tipik olarak sessiz galaksilerin merkezlerinde yuvalanmış olarak bulunur. Bir yıldız kara deliğe yaklaşırken, süper kütleli kara delikten gelen ve sonunda yıldızın bütünlüğünü koruyan kuvvetleri alt eden artan bir çekim kuvvetine maruz kalır. Bu, yıldızın bozulmasına veya yok olmasına neden olur, bu olay Tidal Disruption Event (TDE) olarak bilinir.
“Yıldız parçalandıktan sonra, gazı kara deliğin etrafında bir toplanma diski oluşturur. Turku Üniversitesi ve Finlandiya Astronomi Merkezi’nden Doktora Sonrası Araştırmacı Yannis Liodakis, diskten gelen parlak patlamalar, özellikle X-ışınlarını algılayan optik teleskoplar ve uydular ile neredeyse her dalga boyunda gözlemlenebilir. ESO (FİNCA).
Yakın zamana kadar, araştırmacılar onları tespit edebilecek pek çok deney olmadığı için yalnızca birkaç TDE’yi biliyorlardı. Ancak son yıllarda, bilim adamları daha fazla TDE gözlemlemek için gerekli araçları geliştirdiler. İlginç ama belki de çok da şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu gözlemler araştırmacıların şu anda üzerinde çalışmakta olduğu yeni gizemlere yol açtı.
“Optik teleskoplarla yapılan büyük ölçekli deneylerden elde edilen gözlemler, çok sayıda TDE’nin, görünür ışık patlamaları açıkça tespit edilebilse de, X-ışınları üretmediğini ortaya çıkardı. Bu keşif, TDE’lerde bozulan yıldız maddesinin evrimine ilişkin temel anlayışımızla çelişiyor,” diye belirtiyor Liodakis.
Bir Tidal Bozulma Olayında, bir yıldız süper kütleli bir kara deliğe yeterince yaklaşır, böylece kara deliğin kütleçekimi yıldızı yok olana kadar büker (Görsel 1). Yok edilen yıldızdan gelen yıldız maddesi, kara deliğin etrafında eliptik bir akış oluşturur (Görüntü 2). Gaz kara deliğin etrafında döndükten sonra geri dönerken kendisine çarptığı için kara deliğin çevresinde gelgit şokları oluşur (Görsel 3). Gelgit şokları, optik ve ultraviyole dalga boylarında gözlemlenebilen parlak polarize ışık patlamaları yaratır. Zamanla, yok olan yıldızdan gelen gaz, kara deliğin etrafında (Görsel 4) yavaşça kara deliğin içine çekildiği bir toplanma diski oluşturur. Not: Resmin ölçeği doğru değil. Kredi bilgileri: Jenni Jormanainen
Dergide yayınlanan bir çalışma Bilim ESO ile Finlandiya Astronomi Merkezi tarafından yönetilen uluslararası bir gökbilimciler ekibi tarafından yapılan bir araştırma, TDE’lerden gelen polarize ışığın bu gizemi çözmenin anahtarı olabileceğini öne sürüyor.
Kara delik etrafında bir X-ışını parlak yığılma diskinin oluşması yerine, birçok TDE’de tespit edilen optik ve ultraviyole ışıkta gözlenen patlama, gelgit şoklarından kaynaklanabilir. Bu şoklar, yok olan yıldızdan gelen gaz kara deliğin etrafında döndükten sonra kendi kendine çarptığında, kara deliğin çok uzağında oluşur. X-ışını parlak toplanma diski, bu olaylarda çok daha sonra oluşacaktır.
“Işığın polarizasyonu, astrofiziksel sistemlerin altında yatan süreçler hakkında benzersiz bilgiler sağlayabilir. TDE’den ölçtüğümüz polarize ışık ancak bu gelgit şoklarıyla açıklanabilir,” diyor çalışmanın baş yazarı Liodakis.
Polarize ışık, araştırmacıların yıldızların yok oluşunu anlamalarına yardımcı oldu
Ekip, 2020’nin sonlarında Gaia uydusundan AT 2020mot olarak belirlenmiş yakın bir galaksideki geçici bir nükleer olaya ilişkin bir genel uyarı aldı. Araştırmacılar daha sonra AT 2020mot’u, Turku Üniversitesi’ne ait Nordic Optical Telescope (NOT)’ta gerçekleştirilen optik polarizasyon ve spektroskopi gözlemleri dahil olmak üzere çok çeşitli dalga boylarında gözlemlediler. NOT’ta yapılan gözlemler, bu keşfi mümkün kılmada özellikle etkili oldu. Ayrıca lise öğrencilerine yönelik gözlemsel astronomi dersi kapsamında kutuplaşma gözlemleri yapılmıştır.
NOT ile polarizasyon gözlemlerini ve analizlerini yöneten FINCA ve Turku Üniversitesi’nden Doktora Araştırmacısı Jenni Jormanainen, “İskandinav Optik Teleskobu ve çalışmada kullandığımız polarimetre, süper kütleli kara delikleri ve çevrelerini anlama çabalarımızda etkili oldu” diyor.
Araştırmacılar, AT 2020mot’tan gelen optik ışığın oldukça polarize olduğunu ve zamanla değiştiğini buldular. Birkaç denemeye rağmen, radyo veya X-ışını teleskoplarının hiçbiri, patlamanın zirvesinden önce, sırasında ve hatta aylar sonra olaydan gelen radyasyonu tespit edemedi.
“AT2020mot’un ne kadar polarize olduğunu gördüğümüzde, çevredeki gazı toplayan süper kütleli kara deliklerin etrafında sıklıkla gözlemlediğimiz gibi, hemen kara delikten fırlayan bir jeti düşündük. Turku Üniversitesi ve FINCA’da Akademi Araştırma Görevlisi olan Elina Lindfors, “Ancak orada jet bulunamadı” diyor.
Gökbilimciler ekibi, verilerin, yıldız gazı akışının kendisiyle çarpıştığı ve karadelik etrafındaki yörüngesinin pericenter ve apocenter yakınında şoklar oluşturduğu bir senaryoyla en yakından eşleştiğini fark etti. Daha sonra şoklar, doğal olarak yüksek oranda polarize ışığa yol açacak olan yıldız akışındaki manyetik alanı yükseltir ve düzenler. Optik polarizasyonun seviyesi çoğu model tarafından açıklanamayacak kadar yüksekti ve zamanla değişiyor olması bunu daha da zorlaştırıyordu.
Gözlemler sırasında FINCA’da astronom olan ve şu anda Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (NTNU) çalışan Karri Koljonen, “Baktığımız tüm modeller, gelgit şoku modeli dışında gözlemleri açıklayamadı” diyor.
Araştırmacılar, TDE’lerden gelen polarize ışığı gözlemlemeye devam edecekler ve yakında bir yıldız bozulduktan sonra ne olduğu hakkında daha fazla şey keşfedebilirler.
Referans: I. Liodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas ve K. Nilsson, “Bir gelgit bozulması olayında çarpışan yıldız akıntısı şoklarından optik polarizasyon”, 11 Mayıs 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.abj9570