Gökbilimciler süper kütleli kara delik beslenmesini ve parsek altı ölçeklerde geri bildirimi gözlemledi

Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’nde yardımcı doçent olan Takuma Izumi liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, Circinus Galaksisinin yakındaki aktif galaktik çekirdeğini son derece yüksek çözünürlükte (yaklaşık 1 ışıkyılı) gözlemleyerek bir dönüm noktasına ulaştı. Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi (ALMA).

“Süper kütleli kara delik beslenmesi ve parsek altı ölçeklerde gözlemlenen geri bildirim” başlıklı bu gözlem sonuçları, yayınlandı içinde Bilim.

Bu, plazma, atomik ve moleküler de dahil olmak üzere tüm gaz fazlarındaki süper kütleli bir kara deliğin birkaç ışık yılı ölçeğine kadar yakın çevresindeki gaz akışları ve yapılarına ilişkin dünyanın ilk niceliksel ölçümünü işaret ediyor. Sonuç olarak ekip, süper kütleli kara deliğe doğru ilerleyen birikim akışını net bir şekilde yakaladı ve bu birikim akışının “yerçekimi kararsızlığı” olarak bilinen fiziksel bir mekanizma tarafından üretildiğini ortaya çıkardı.

Ayrıca ekip, bu birikim akışının önemli bir kısmının kara deliğin büyümesi için kullanılmadığını da buldu. Bunun yerine, gazın büyük bir kısmı kara deliğin çevresinden atomik veya moleküler çıkışlar şeklinde dışarı atılır ve tekrar kara deliğe doğru bir birikim akışına katılmak üzere gaz diskine geri döner: bu gaz geri dönüşüm süreci bir su çeşmesine benzer. . Bu bulgular, süper kütleli kara deliklerin büyüme mekanizmalarının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasına yönelik önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor.

Pek çok büyük galaksinin merkezinde, kütleleri Güneş’in milyon katını aşan “süper kütleli kara delikler” bulunur. Bu süper kütleli kara delikler nasıl oluşuyor? Önceki araştırmalarda öne sürülen önemli büyüme mekanizmalarından biri, kara deliğin üzerine “gaz birikmesi”dir. Bu, ev sahibi galaksideki gazın bir şekilde merkezi kara deliğe doğru düştüğü süreci ifade eder.

Süper kütleli kara deliklerin çok yakınında toplanan gaz, kara deliğin yerçekimi nedeniyle yüksek hızlarda hızlanır. Gaz parçacıkları arasındaki yoğun sürtünme sonucunda bu gaz birkaç milyon dereceye ulaşan sıcaklıklara kadar ısınır ve parlak ışık yayar. Bu olay aktif galaktik çekirdek (AGN) olarak bilinir ve parlaklığı zaman zaman galaksideki tüm yıldızların toplam ışığını aşabilir. İlginç bir şekilde, kara deliğe doğru düşen gazın bir kısmının (birikim akışı), bu aktif galaktik çekirdeğin muazzam enerjisi tarafından uçup gittiği ve bunun da dışarı akışlara yol açtığı düşünülüyor.

Hem teorik hem de gözlemsel çalışmalar, galaksilerin 100.000 ışık yılı ölçeğinden merkezdeki birkaç yüz ışık yılı ölçeğine kadar gaz birikim mekanizmalarına ilişkin ayrıntılı bilgiler sağlamıştır. Bununla birlikte, çok daha küçük bir bölgede, özellikle de galaktik merkezden birkaç düzine ışıkyılı uzaklıktaki bir bölgedeki gaz birikimi, son derece sınırlı uzaysal ölçeği nedeniyle belirsizliğini korudu.

Örneğin, kara deliklerin büyümesini niceliksel olarak anlamak için, birikim akış hızını (içeriye ne kadar gaz aktığını) ölçmek ve dışarı atılan gazların (plazma, atomik gaz, moleküler gaz) miktarlarını ve türlerini belirlemek gerekir. bu kadar küçük ölçekte çıkışlar olarak. Ne yazık ki, bu bağlamda gözlemsel anlayış şimdiye kadar önemli ölçüde ilerlememiştir.

Bu çalışmada, araştırma ekibi ilk kez galaktik merkezden birkaç ışıkyılı boyunca uzanan yüksek yoğunluklu gaz diski içindeki süper kütleli kara deliğe doğru ilerleyen birikim akışını ilk kez yakalamayı başardı. Bu birikim akışını belirlemek, bölgenin küçük ölçeği ve galaktik merkeze yakın gazın karmaşık hareketleri nedeniyle uzun süredir zorlu bir görevdi.

Ancak bu örnekte araştırma ekibi, ön plandaki moleküler gazın arka plandaki parlak parlayan aktif galaktik çekirdekten gelen ışığı emdiği konumu belirledi. Bu tanımlama ALMA ile yapılan yüksek çözünürlüklü gözlemler sayesinde mümkün oldu. Ayrıntılı analiz, bu emici malzemenin bizden uzağa doğru hareket ettiğini ortaya çıkardı. Emici malzeme her zaman aktif galaktik çekirdek ile bizim aramızda mevcut olduğundan, bu, ekibin aktif galaktik çekirdeğe doğru birikim akışını başarıyla yakaladığını gösterir.

Ayrıca araştırma ekibi, bu gaz birikiminin tetiklenmesinden sorumlu olan fiziksel mekanizmayı da açıkladı. Gözlemlenen gaz diskinin kendisi, gaz diskinin hareketinden hesaplanan basınçla sürdürülemeyecek kadar önemli bir yerçekimi kuvveti sergiledi.

Bu durum ortaya çıktığında gaz diski kendi ağırlığı altında çökerek karmaşık yapılar oluşturur ve galaktik merkezde sabit hareket sağlayamaz hale gelir. Sonuç olarak gaz hızla merkezdeki kara deliğe doğru düşer. Artık ALMA, galaksinin kalbinde “kütleçekimsel istikrarsızlık” olarak bilinen bu fiziksel olguyu açıkça ortaya çıkardı.

Ek olarak, bu çalışma aktif galaktik çekirdeğin etrafındaki gaz akışlarının niceliksel olarak anlaşılmasını önemli ölçüde ilerletmiştir. Gözlenen gazın yoğunluğundan ve birikim akışının hızından kara deliğe gazın beslenme hızı hesaplanabilir. Şaşırtıcı bir şekilde bu oranın, bu aktif galaktik çekirdeğin aktivitesini sürdürmek için gerekenden 30 kat daha fazla olduğu bulundu.

Başka bir deyişle, galaktik merkezin etrafındaki 1 ışıkyılı ölçeğindeki birikim akışının çoğunluğu, kara deliğin büyümesine katkıda bulunmuyordu. Peki bu fazla gaz nereye gitti? Bu gizem aynı zamanda bu çalışmada da açığa çıkarıldı; aktif fazdan ALMA tarafından tespit edilen çıkışlar ile tüm faz gazlarının (yukarıdaki ilk görüntüde kırmızı, mavi ve pembe bölgelere karşılık gelen orta yoğunluklu moleküler, atomik ve plazma) yüksek hassasiyetli gözlemleri. galaktik çekirdek.

Kantitatif analiz yoluyla kara deliğe doğru akan gazın büyük kısmının atomik veya moleküler çıkışlar olarak dışarı atıldığı ortaya çıktı. Ancak yavaş hızları nedeniyle kara deliğin çekim potansiyelinden kaçamadılar ve sonunda gaz diskine geri döndüler. Orada, bir çeşmeye benzer şekilde kara deliğe doğru bir birikim akışına geri dönüştürüldüler, böylece galaktik merkezde büyüleyici bir gaz geri dönüşüm süreci tamamlandı (ikinci resim).

Bu çalışmanın başarılarıyla ilgili olarak Izumi şunları söylüyor: “Özellikle çok fazlı bir gazda, aktif olarak büyüyen süper kütleli kara deliğin etrafındaki sadece birkaç ışıkyılı uzaklıktaki bir bölgedeki birikim akışlarını ve çıkışlarını tespit etmek ve hatta birikim mekanizmasının kendisini deşifre etmek gerçekten de muazzamdır. süper kütleli kara delik araştırması tarihindeki başarılar.”

Geleceğe baktığında şöyle devam ediyor: “Kozmik tarihteki süper kütleli kara deliklerin büyümesini kapsamlı bir şekilde anlamak için, bizden daha uzakta bulunan çeşitli süper kütleli kara delik türlerini araştırmamız gerekiyor. Bu, yüksek çözünürlük ve yüksek hassasiyet gerektirir. ALMA’nın daha fazla kullanılması ve gelecek nesilde gelecek büyük radyo interferometreler için yüksek beklentilerimiz var.”