İki süper kütleli kara deliğin birleşmesi, hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmese de uzun zamandır tahmin edilen bir olgudur. Gökbilimciler tarafından öne sürülen bir teori, bu sistemlerin o kadar büyük olduğu ve ev sahibi galaksideki birleşmeleri sağlamak için gereken yıldız malzemesini tükettiğidir. Gemini Kuzey teleskopunun arşiv verilerini kullanan bir gökbilimci ekibi, bu fikri destekleyen güçlü kanıtlar sağlayan ikili bir kara delik buldu. Ekip, çiftin kütlesinin Güneş’in kütlesinin 28 milyar katı olduğunu tahmin ediyor ve çifti şimdiye kadar ölçülen en ağır kara delik ikilisi olarak nitelendiriyor. Bu ölçüm yalnızca ikili sistemin oluşumu ve ona ev sahipliği yapan galaksinin tarihi hakkında değerli bir bağlam sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda süper kütleli bir kara delik ikilisinin kütlesinin, süper kütleli kara delik birleşmelerini durdurmada anahtar bir rol oynadığına dair uzun süredir devam eden teoriyi de destekliyor. . Kredi bilgileri: NOIRLab/NSF/AURA/J. daSilva/M. Zamani
Gemini North’tan gelen veriler süper kütleli ikili için olası bir açıklama sağlıyor Kara delik‘nin birleşmesi durduruldu.
Gemini North teleskopunun arşiv verilerini kullanan bir gökbilimci ekibi, şimdiye kadar bulunan en ağır süper kütleli kara delik çiftini ölçtü. İki süper kütleli kara deliğin birleşmesi uzun zamandır tahmin edilen ancak hiç gözlemlenmeyen bir olgudur. Bu devasa çift, böyle bir olayın Evren’de neden bu kadar olası görünmediğine dair ipuçları veriyor.
Neredeyse her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. İki galaksi birleştiğinde kara delikleri ikili bir çift oluşturabilir, bu da birbirlerine bağlı bir yörüngede oldukları anlamına gelir. Bu ikili dosyaların eninde sonunda birleşeceği varsayılıyor, ancak bu hiçbir zaman gözlemlenmedi.[1] Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu onlarca yıldır gökbilimciler arasında tartışılan bir konu. Yakın zamanda yayınlanan bir makalede Astrofizik Dergisibir gökbilimci ekibi bu soruya yeni bir bakış açısı sundu.
NSF’nin işlettiği Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin yarısı olan Gemini Kuzey teleskopundan alınan arşiv verileri kullanılıyor NOIRLabBir gökbilimci ekibi şimdiye kadar bulunan en ağır süper kütleli kara delik çiftini ölçtü. İki süper kütleli kara deliğin birleşmesi uzun zamandır tahmin edilen ancak hiç gözlemlenmeyen bir olgudur. Bu devasa çift, böyle bir olayın Evren’de neden bu kadar olası görünmediğine dair ipuçları veriyor.
Gemini North’tan Benzeri Görülmemiş İçgörüler
Ekip, eliptik galaksi B2 içinde yer alan süper kütleli bir kara delik ikilisini analiz etmek için, ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen NSF’nin NOIRLab’ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin yarısı olan Hawai’i’deki Gemini Kuzey teleskopundan elde edilen verileri kullandı. 0402+379. Bu, her iki nesneyi ayrı ayrı görmeye yetecek ayrıntıda çözülmüş tek süper kütleli kara delik ikilisidir.[2] ve bugüne kadar doğrudan ölçülen en küçük mesafeye (sadece 24 ışıkyılı) sahip olma rekorunu elinde tutuyor.[3]
Bu yakın ayrılık güçlü bir birleşmenin habercisi olsa da, daha ileri araştırmalar, çiftin üç milyar yıldan fazla bir süredir bu mesafede durduğunu ortaya çıkardı ve bu da şu soruyu akla getiriyor; ne bekliyorsun?
İkili Kara Delik Birleşmelerinin Zorlukları
Bu sistemin dinamiklerini ve durdurulan birleşmesini daha iyi anlamak için ekip, kara deliklerin yakınındaki yıldızların hızını belirlemelerine olanak tanıyan Gemini North’un Gemini Çok Nesneli Spektrografından (GMOS) alınan arşiv verilerine baktı. Stanford Üniversitesi fizik profesörü ve makalenin ortak yazarı Roger Romani, “GMOS’un mükemmel duyarlılığı, galaksinin merkezine yaklaştıkça yıldızların artan hızlarını haritalandırmamıza olanak sağladı” dedi. “Bununla orada bulunan kara deliklerin toplam kütlesini çıkarabildik.”
Ekip ikilinin kütlesinin Güneş’in kütlesinin 28 milyar katı olduğunu tahmin ediyor ve bu da çifti şimdiye kadar ölçülen en ağır ikili kara delik olarak nitelendiriyor. Bu ölçüm yalnızca ikili sistemin oluşumu ve ona ev sahipliği yapan galaksinin tarihi hakkında değerli bir bağlam sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda süper kütleli bir ikili kara deliğin kütlesinin potansiyel bir birleşmeyi durdurmada önemli bir rol oynadığına dair uzun süredir devam eden teoriyi de destekliyor.[4]
Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin NSF program direktörü Martin Still, “Uluslararası Gemini Gözlemevi’ne hizmet veren veri arşivi, keşfedilmemiş bilimsel keşiflerden oluşan bir altın madenini barındırıyor” diyor. “Bu aşırı süper kütleli ikili kara deliğin kütle ölçümleri, bu zengin arşivi araştıran yeni araştırmaların potansiyel etkisinin hayranlık uyandıran bir örneğidir.”
İkili Sistemin Oluşumu ve Geleceği
Bu ikilinin nasıl oluştuğunu anlamak, birleşip birleşmeyeceğini ve ne zaman birleşeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir ve bir avuç ipucu, çiftin çoklu galaksi birleşmeleri yoluyla oluştuğuna işaret ediyor. Birincisi, B2 0402+379’un bir ‘fosil kümesi’ olması, yani tüm bir galaksi kümesindeki yıldızların ve gazın tek bir büyük galakside birleşmesinin sonucu olduğu anlamına geliyor. Ek olarak, iki süper kütleli kara deliğin varlığı, bunların büyük birleşik kütleleriyle birleştiğinde, bunların birden fazla galaksideki birden fazla küçük kara deliğin birleşmesinden kaynaklandığını gösteriyor.
Galaktik birleşmenin ardından süper kütleli kara delikler kafa kafaya çarpışmaz. Bunun yerine, sınırlı bir yörüngeye yerleşirken birbirlerinin yanından sapanla geçmeye başlarlar. Yaptıkları her geçişte kara deliklerden çevredeki yıldızlara enerji aktarılıyor. Enerji kaybettikçe çift, aralarında yalnızca ışık yılı mesafe kalana kadar giderek daha da yakına sürüklenir; burada yerçekimsel radyasyon devreye girer ve birleşirler. Bu süreç yıldız kütleli kara delik çiftlerinde doğrudan gözlendi (ilk kaydedilen örnek 2015’te yerçekimsel dalgaların tespiti yoluyla gerçekleşti), ancak hiçbir zaman süper kütleli türden bir ikilide gözlemlenmedi.
Durmuş Birleşme ve Gelecekteki Birleşme Potansiyeli
Sistemin son derece büyük kütlesine dair yeni bilgiler edinen ekip, ikili sistemin yörüngesini bu kadar yakına getirecek kadar yavaşlatmak için olağanüstü derecede fazla sayıda yıldıza ihtiyaç duyulacağı sonucuna vardı. Bu süreçte kara delikler çevrelerindeki neredeyse tüm maddeyi dışarı atmış, galaksinin çekirdeğini yıldızlardan ve gazdan yoksun bırakmış gibi görünüyor. Paritenin yörüngesini daha da yavaşlatacak daha fazla malzeme olmadığından birleşmeleri son aşamalarında durdu.
Romani, “Normalde, daha hafif kara delik çiftlerine sahip galaksilerin, ikisini hızlı bir şekilde bir araya getirmeye yetecek kadar yıldız ve kütleye sahip olduğu görülüyor” dedi. “Bu çift çok ağır olduğundan işin yapılması için çok fazla yıldız ve gaz gerekiyordu. Ancak ikili, bu tür maddenin merkezi galaksisini taradı ve onu çalışmamız için durdurulmuş ve erişilebilir hale getirdi.”
Çiftin durgunluğunun üstesinden gelip milyonlarca yıllık zaman dilimlerinde birleşip birleşmeyeceği, yoksa sonsuza kadar yörünge belirsizliğinde mi devam edeceği henüz belirlenmedi. Eğer birleşirlerse ortaya çıkan sonuç yerçekimi dalgaları yıldız kütleli kara delik birleşmeleriyle üretilenlerden yüz milyon kat daha güçlü olacaktır. Çiftin bu son mesafeyi, çiftin yörüngesini birleşmeye yetecek kadar yavaşlatacak şekilde sisteme ek malzeme veya potansiyel olarak üçüncü bir kara delik enjekte edecek başka bir galaksi birleşimi yoluyla fethetmesi mümkündür. Ancak B2 0402+379’un fosil kümesi statüsü göz önüne alındığında, başka bir galaktik birleşme pek mümkün görünmüyor.
Stanford lisans öğrencisi ve makalenin başyazarı Tirth Surti, “B2 0402+379’un çekirdeğinde ne kadar gaz bulunduğunu inceleyeceğimiz takip araştırmalarını sabırsızlıkla bekliyoruz” diyor. “Bu bize süper kütleli kara deliklerin sonunda birleşip birleşemeyeceği veya ikili olarak mahsur kalıp kalmayacakları konusunda daha fazla fikir verecektir.”
Notlar
- Birbirinden birkaç ışıkyılı uzaklıkta süper kütleli kara deliklerin geldiğine dair kanıtlar olsa da, görünen o ki hiçbiri bu son mesafeyi aşamamış. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu ise final olarak biliniyor.parsek Bu problem onlarca yıldır gökbilimciler arasında bir tartışma konusu olmuştur.
- İki süper kütleli kara delik içeren galaksilerle ilgili daha önce gözlemler yapılmıştı, ancak bu durumlarda, bunlar birbirinden binlerce ışık yılı uzaktadır; B2 0402+379’da bulunan ikili yıldız sistemi gibi birbirleriyle sınırlı bir yörüngede olamayacak kadar uzaktırlar.
- Olası daha küçük ayrımlara sahip başka kara delik destekli kaynaklar da mevcuttur, ancak bunlar dolaylı gözlemler kullanılarak çıkarılmıştır ve bu nedenle en iyi şekilde aday ikili dosyalar olarak sınıflandırılabilirler.
- Bu teori ilk olarak 1980 yılında Begelman ve arkadaşları tarafından ortaya atılmıştır. ve uzun süredir galaksilerin merkezleri üzerinde onlarca yıldır yapılan gözlemlere dayanarak meydana geldiği iddia ediliyor.
Referans: “The Central Kinematics and Black Hole Mass of 4C+37.11”, Tirth Surti, Roger W. Romani, Julia Scharwächter, Alison Peck ve Greg B. Taylor, 5 Ocak 2024, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad14fa
Ekip şu kişilerden oluşuyor: Tirth Surti (Kavli Parçacık Astrofiziği ve Kozmoloji Enstitüsü, Stanford Üniversitesi), Roger W. Romani (Kavli Parçacık Astrofiziği ve Kozmoloji Enstitüsü, Stanford Üniversitesi), Julia Scharwächter (Gemini Gözlemevi/NSF’nin NOIRLab’ı), Alison Peck (Maryland Üniversitesi) ve Greg B. Taylor (New Mexico Üniversitesi, Albuquerque).