Orta Kütleli Kara Delikler (IMBH’ler), varoluşları ve oluşum mekanizmaları gizemle örtülen kozmik bir bulmacayı temsil ediyor.
Gran Sasso Bilim Enstitüsü araştırmacısı Manuel Arca Sedda tarafından yürütülen ve yakın zamanda yayınlanan bir çalışma Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri dergisi (MNRAS), gizemli Orta Kütleli Kara Deliklerin (IMBH’ler) oluşumuna yol açan mekanizmalara ışık tutuyor. Bunlar, birkaç yüz ila onbinlerce güneş kütlesi arasında kütleye sahip nesnelerdir; bunlar, daha küçük akrabaları, yıldız kara delikleri ve galaksilerin merkezlerini dolduran süper kütleli devler arasındaki bağlantıyı temsil edebilir.
Kara Deliklerin Spektrumu
Gerçekten de kara deliklerin farklı türleri vardır: Her ne kadar ışığın bile çekimsel çekimden kaçamayacağı kadar yüksek yoğunlukları paylaşsalar da, bu gök cisimlerinin kütlesi çok geniş bir aralıkta değişiklik gösterebilir ve oluşum mekanizmalarını ayırt edebilir. Astronomik ilginin üç makro kategorisini tanımlayabiliriz: yıldız, orta ve süper kütleli.
İlki, adından da anlaşılacağı gibi, yeterince büyük kütleye sahip (yani güneşimizden en az yirmi kat daha büyük) bir yıldızın yakıtını tüketmesi ve kendi üzerine çökerek yer çekimi kuvvetine yenik düşmesiyle oluşur: en hafifleri temsil ederler. bir çeşit Kara delikve bunların oluşumuna yol açan süreç hakkında net bir teorik tabloya sahibiz.
Bunun tam tersi uçta ise kütleleri yıldızımızdan milyonlarca veya milyarlarca kat daha büyük olan devasa süper kütleli kara delikler yer alıyor. Her galaksinin merkezinde bir tane barındırdığına inanılıyor ve 2019 yılında Event Horizon Teleskobu sayesinde bunlardan birinin ilk doğrudan görüntüsünü elde etmek mümkün oldu.
Bu müthiş başarıya rağmen, bu nesnelerin oluşumu ve birikmesi, Orta Kütleli Kara Deliklerin varlığını destekleyen kesin bir kesin kanıtın bulunmaması nedeniyle, modern astronomi açısından hala büyüleyici bir gizemi temsil etmektedir. Ve bu, şu anda incelenmekte olan diğer iki çalışmadan ilki olan Arca Sedda’nın çalışmasının da konusudur.
Görüntü, Dragon-II simülasyonlarında hesaplanan simüle edilmiş bir yıldız kümesini göstermektedir. Turuncu ve sarı noktalar güneşe benzeyen yıldızları, mavi noktalar ise Güneş’in 20 ila 300 katı kütleye sahip yıldızları temsil ediyor. Merkezdeki büyük beyaz nesne, yaklaşık 350 güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir yıldızı temsil ediyor ve bu yıldız kısa sürede çökerek orta kütleli bir kara delik oluşturacak. Katkıda bulunanlar: © M. Arca Sedda (GSSI)
Bulunması Zor Orta Kütleli Kara Delikler
GSSI araştırmacısı şöyle açıklıyor: “Orta Kütleli Kara Deliklerin gözlemlenmesi zordur”, “mevcut gözlem sınırları, kütleleri 1.000 ila 10.000 güneş kütlesi arasında olan IMBH’lerin popülasyonu hakkında hiçbir şey söylememize izin vermiyor ve aynı zamanda baş ağrısını da temsil ediyor. bilim insanları bunların oluşumuna yol açan olası mekanizmalar açısından.
Araştırmanın amaçlarından biri de tam olarak bu kara deliklerin nasıl oluştuğunu anlamaya çalışmaktı. “Bu gizemli nesnelerin oluşumunu simüle edebilen yeni bilgisayar modelleri gerçekleştirdik ve bu tür IMBH’lerin yıldız kümelerinde üç faktörün karmaşık bir kombinasyonu yoluyla oluşabileceğini bulduk: Güneşimizden çok daha büyük yıldızlar arasındaki birleşmeler, yıldızların birikmesi. yıldız kara deliklerine malzeme ve son olarak yıldız kara delikleri arasındaki birleşmeler. İkincisi, bu olguları tespit yoluyla “görme” olasılığıyla sonuçlanan bir süreçtir. yerçekimi dalgalarıArca Sedda açıklıyor.
Çalışma aynı zamanda ara kara delikler doğduktan sonra ne olacağını da öne sürüyor: Karmaşık çekimsel etkileşimler yoluyla veya göreceli geri tepme olarak bilinen bir süreç nedeniyle kendi kümelerinden atılıyorlar, böylece daha fazla büyümeleri engelleniyor.
1 milyona kadar yıldız içeren yoğun yıldız kümelerini modelleyen DRAGON-II simülasyonlarından birinden alınan anlık görüntünün yakınlaştırılmış hali. Turuncu ve sarı noktalar güneşe benzeyen yıldızları, mavi noktalar ise Güneş’in 20 ila 300 katı kütleye sahip yıldızları temsil ediyor. Merkezdeki büyük beyaz nesne, yaklaşık 350 güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir yıldızı temsil ediyor ve bu yıldız kısa sürede çökerek orta kütleli bir kara delik oluşturacak. Kredi bilgileri: M. Arca Sedda (GSSI)
GSSI araştırmacısı, “Modellerimiz, IMBH tohumlarının yıldız kümelerindeki enerjik yıldız etkileşimlerinden doğal olarak oluşmasına rağmen, ana küme aşırı yoğun veya büyük olmadığı sürece birkaç yüz güneş kütlesinden daha ağır olma ihtimalinin düşük olduğunu gösteriyor” diyor.
Ancak önemli bir bilimsel gizem henüz cevaplanmayı bekliyor: Ara kara deliklerin yıldız ve süper kütleli kara delikler arasındaki bağlantıyı temsil edip etmediği. Bu açık bir soru, ancak çalışma bazı spekülasyonlara yer veriyor.
Arca Sedda, “Daha iyi bir açıklama için iki bileşene ihtiyacımız var” diye açıklıyor, “IMBH’lerin kütle aralığında kara delikler oluşturabilen bir veya daha fazla süreç ve bu tür IMBH’leri konakçı ortamda tutma olasılığı. Çalışmamız, ilk bileşene katı kısıtlamalar getirerek bize IMBH’lerin oluşumuna hangi süreçlerin katkıda bulunabileceğine dair net bir genel bakış sunuyor. Gelecekte daha fazla ikili (birbiri etrafında dönen iki yıldızdan oluşan sistemler) içeren daha büyük kümeleri düşünmek, ikinci bileşeni elde etmenin de anahtarı olabilir. Ancak bu, teknolojik ve hesaplama açısından çok büyük çabalar gerektirecektir.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için Orta Düzey Kara Deliklerin Zor İzleri başlıklı makaleye bakın.
Referans: “Ejderha-II simülasyonları – II. 1 milyona kadar yıldız içeren yıldız kümelerindeki orta kütleli kara deliklerin oluşum mekanizmaları, kütlesi ve dönüşü” Yazan Manuel Arca Sedda, Albrecht WH Kamlah, Rainer Spurzem, Francesco Paolo Rizzuto, Thorsten Naab, Mirek Giersz ve Peter Berczik, 25 Eylül 2023, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stad2292
İlgili enstitüler: Gran Sasso Bilim Enstitüsü, Università degli Studi di Padova, Astronomisches Rechen Institute (Zentrum fur Astronomie der Universitat Heidelberg), Max Planck Institut fur Astronomie (MPIA, Heidelberg), Max Planck Astrofizik Enstitüsü (MPA, Garching), Ulusal Astronomi Gözlemevleri ve Anahtar Hesaplamalı Astrofizik Laboratuvarı (Çin Bilim Akademisi, Pekin), Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (Pekin Üniversitesi), Nicolaus Copernicus Astronomi Merkezi (CAMK, Varşova), Konkoly Gözlemevi (Eotvos Üniversitesi, Budapeşte), Ana Astronomi Gözlemevi ( Ukrayna Ulusal Bilim Akademisi, Kiev), INFN-Padova, INAF-Padova, INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte.