Evren kelimenin tam anlamıyla yıldız kütlelerinden süper kütleli canavarlara kadar kara deliklerle doludur. Ancak anlaşılması zor bir sınıf var: “ortalama” kara delikler. Bunlara orta kütleli kara delikler denir. Ne kadar yaygındırlar, nasıl oluşurlar ve nerede bulunurlar? Bu soruları cevaplamak için gökbilimciler olası oluşum senaryolarını modellediler.
Orta kütleli kara delikler, yıldız kütlesi ile süper kütleli bir kara delik arasındaki kütle boşluğunda bulunur. 100 ila 100.000 güneş kütlesi arasında değişirler. Eğer varsalar, kara delik oluşumunun hiyerarşik bir modelini mi gösteriyorlar ve küçük kara delikler süper kütleli yıldızların çöküşünden mi oluşuyor? Eğer durum böyleyse, orta kütleli kara delikler, yıldız kütleli ve süper kütleli kara delikler arasında bir tür “geçiş bağlantısı” olacaktır. Eğer bu fikir doğruysa, orta kütleli kara deliklerin birbirleriyle çarpışarak süper kütleli kara deliklerin tohumlarını oluşturması mümkün müdür? Gökbilimcilerin tüm bu soruları cevaplamak için daha fazla gözlemsel veriye ihtiyacı var.
Aynı zamanda gökbilimciler yıldız kütleli kara delikler hakkında yeterli veriye sahipler. Süper kütleli yıldızların çöküşü sırasında oluşurlar. Galaksilerin merkezlerinde bulunan süper kütleli kara delikler büyük olasılıkla maddenin birikmesi ve diğer kara deliklerle birleşmeleri yoluyla oluşuyor. Orta kütleli kara deliklerin varlığı şüphe götürmez gibi görünüyor, ancak bunların gözlemlenmesi bazı zorluklar yaratıyor.
Bu onların var olmadığı anlamına gelmez. Gözlemciler Samanyolu’ndaki orta kütleli kara delikler için adaylar buldu. Ayrıca, birikim etkilerinin gözlemlendiği aktif galaktik çekirdeklerde de mevcut oldukları görülmektedir. Ek olarak, bazı ultra parlak X-ışını kaynakları da bu “ortalama” kara deliklere sahip olabilir. Sloan Digital Sky Survey ayrıca X-ışını aralığında güçlü bir şekilde yayılan birkaç potansiyel aday da buldu. X-ışını emisyonu, bir kara deliğin etrafındaki aktivitenin özelliklerinden biridir. En ilginç gözlemlerden biri, iki büyük kara deliğin birleşmesi sırasında yayılan yerçekimsel dalgalardır. Sonuç olarak, yaklaşık 150 güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir kara delik oluştu; bu, tam da ara madde olarak sınıflandırılabilecek türden bir kütle.
Bilim insanları bunların var olduğundan emin ama yine de tam olarak nerede ve nasıl oluştuklarını belirleyemiyorlar. Gran Sassa Enstitüsü’nden (İtalya) Arca Sedda liderliğindeki uluslararası bir grup, oluşumlarının olası mekanizmalarını modelledi.
Sedda, “Mevcut gözlem sınırlamaları, kütleleri 1.000 ila 10.000 güneş kütlesi arasında olan orta kütleli kara deliklerin popülasyonu hakkında kesin bir şey söylememize izin vermiyor ve bilim adamlarının oluşumlarının olası mekanizmaları konusunda baş ağrısına neden oluyor” dedi.
Sedda ve ekibi, yıldız kümelerini orta kütleli kara deliklerin olası doğum yerleri olarak incelediler ve DRAGON-II verilerini kullanarak bu gizemli nesnelerin oluşumunu simüle edebilecek bilgisayar modelleri oluşturdular. Bu, her biri bir milyona kadar yıldızdan oluşan yoğun kümeleri temsil eden 19 bilgisayar modelinden oluşan bir koleksiyondur. Bunları daha sonraki simülasyonlarda kullanan ekip, ilgilendikleri nesnelerin yıldız kümelerinde oluşabileceğini keşfetti. Bu, üç faktörün karmaşık bir birleşimi nedeniyle meydana gelir: Güneş’ten çok daha büyük yıldızlar arasındaki birleşmeler, yıldızdan yıldız kütleli kara deliklere madde birikmesi ve yıldız kütleli kara delikler arasındaki birleşmeler.
Sedda, “İkinci süreç, yerçekimi dalgalarının tespiti yoluyla bu fenomeni ‘görmeyi’ mümkün kılıyor” diye açıkladı. Ekip ayrıca orta kütleli kara deliklerin doğumundan sonra ne olacağını da öne sürdü. Karmaşık yerçekimsel etkileşimler nedeniyle kümelerinden fırlıyor gibi görünüyorlar veya oluştuklarında “göreli geri tepme” yaşıyorlar. Bu onların kilo almasını engeller.
Sedda, “Modellerimiz, tohumların yıldız kümelerindeki etkileşimlerden doğal olarak oluşmasına rağmen, ana küme aşırı yoğun veya büyük olmadığı sürece birkaç yüz güneş kütlesinden daha ağır olmalarının muhtemel olmadığını gösteriyor” dedi.
Bu kara deliklerin kökeninin tarihini öğrenmek, bunların yıldız ve süper kütleli kara delikler arasındaki kayıp halka olup olmadığı sorusuna hala cevap vermiyor.
Daha iyi anlamak için iki bileşene ihtiyacımız var: orta kütle aralığında kara delikler oluşturabilen bir veya daha fazla süreç ve bu tür kara delikleri koruma yeteneği. Çalışmamız, ilk bileşene katı kısıtlamalar getirerek, orta kütleli kara deliklerin oluşumuna hangi süreçlerin katkıda bulunabileceğine dair net bir fikir veriyor. Gelecekte daha fazla ikili yıldız sistemi içeren daha büyük kümelere bakmak, ikinci bileşeni elde etmenin anahtarı olabilir. Ancak bu, teknolojik ve hesaplama açısından çok büyük bir çaba gerektirecektir.