Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanan gökbilimciler, yaklaşık 8.200 güneş kütlesine sahip, Dünya’ya en yakın büyük kütleli kara deliği keşfettiler. Yıldız kütleli kara deliklerden (5 ila 100 güneş kütlesi) önemli ölçüde daha büyük ve kütleleri milyonlarca ila milyarlarca güneş kütlesi arasında değişen süper kütleli kara deliklerden çok daha az kütlelidir. Bu, yıldız kütleli kara delikler ile süper kütleli kara delikler arasındaki bağlantıyı anlamada eksik bir halka olan, bulunması zor “orta kütleli kara deliklerin” bir örneği olabilir.
Dünya’dan yaklaşık 18.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Omega Centauri (NGC 5139) adı verilen yaklaşık on milyon yıldızdan oluşan bir kümede yeni keşfedilen bir kara delik.
Bu kara deliğin büyümesi durmuş gibi görünüyor, bu da Omega Centauri’nin Samanyolu tarafından yutulmasıyla evrimi kesintiye uğrayan küçük bir galaksinin çekirdeği olduğu fikrini destekliyor. Eğer bu olay gerçekleşmeseydi, kara delik büyüyüp Samanyolu’ndaki Sagittarius A* (Sgr A*) gibi Güneş’in kütlesinin 4,3 milyon katı kütleye sahip ve uzaklıkta bulunan süper kütleli bir kara deliğe dönüşebilirdi. Dünya’dan 27.000 ışıkyılı uzaklıkta.
Bilim insanları uzun zamandır tüm kara deliklerin aynı senaryolara göre oluşmadığını biliyorlardı. Yıldız kütleli kara delikler, Güneş’in kütlesinin en az sekiz katı olan yıldızların çökmesi sonucu oluşur. Ancak süper kütleli kara deliklerin farklı bir kökene sahip olması gerekir çünkü hiçbir yıldız çöküp Güneş’ten milyonlarca kat daha büyük bir kalıntı bırakacak kadar büyük değildir.
Bu nedenle bilim adamları, süper kütleli kara deliklerin giderek daha büyük kara deliklerin birleşme zincirleri nedeniyle doğup büyüdüğünü varsayıyorlar; bu, kara delik birleşmelerinden yayılan yerçekimsel dalgaların “dalgalanmalarının” keşfiyle doğrulanıyor. Bu kara delik birleşme ve büyüme süreci, yıldız kütleli kara delikler ile süper kütleli kara delikler arasındaki büyük kütle farkıyla birleştiğinde, orta büyüklükte bir kara delik popülasyonunun olması gerektiğini öne sürüyor. Bununla birlikte, kütleleri birkaç yüz ila birkaç bin güneş kütlesi arasında değişen orta kütleli kara delikler tespit edilmekten kaçıyor gibi görünüyor.
Kara delikler, ya “beslendikleri”, ısıtıldığında yayılan maddeyle çevrelenmişlerse ya da bir “gelgit bozulması olayı” (TDE) sırasında bir yıldız tarafından “besleniyorlarsa” tespit edilebilir. Omega Centauri’dekiler gibi orta düzey kara delikler çok fazla maddeyle çevrili değil. Bu, gökbilimcilerin bu tür kara delikleri tespit etmek için başka yollara başvurmaları gerektiği anlamına geliyor. Örneğin bu nesnelerin, örneğin etraflarında dönen yıldızlar üzerindeki çekimsel etkilerini gözlemlerler. Yeni keşif ekibi tam olarak bu yöntemi kullandı.
Bu kara deliğin avı, 2019 yılında Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden (MPIA) Nadine Neumeier ve Utah Üniversitesi’nden Anil Seth’in kümenin oluşum tarihinin anlaşılmasını geliştirmek için bir araştırma projesi geliştirmesiyle başladı. Özellikle araştırmacılar ve ortak yazarları, MPIA yüksek lisans öğrencisi Maximilian Heberle, kümenin büyük, yoğun veya kompakt bir kara delik içerdiğini kanıtlayacak hızlı hareket eden yıldızları tespit etmek istediler. Samanyolu’nun merkezinde hızla hareket eden yıldız popülasyonunu gözlemleyerek Sgr A*’nın kütlesini ve boyutunu belirlemek için benzer bir yöntem kullanıldı.
Heberle ve ekibi, Omega Centauri’deki yıldızların hareketlerine ilişkin bir veri tabanı oluşturmak için yıldız kümesinin 500’den fazla Hubble görüntüsünü kullandı ve yaklaşık 1,4 milyon yıldızın hızını ölçtü. Hubble’ın esas olarak aletlerini kalibre etmek için yaptığı Omega Centauri’nin bu yinelemeli araştırması, ekibin amaçları için ideal bir veri seti sağladı.
Heberle, “Hızlı hareket eden yıldızları bulmak ve hareketlerini belgelemek ‘samanlıkta iğne aramak’ gibiydi” dedi. Ancak ekip sonunda, Omega Centauri’nin merkezindeki küçük bir bölgede yüksek hızda hareket eden bir değil yedi “samanlıktaki iğne yıldızı” keşfetti.
Bu yıldızların yüksek hızı, yakındaki yoğun kütleden kaynaklanmaktadır. Ekip yalnızca bir hızlı yıldız bulsaydı, bu hızın yakındaki büyük bir nesneden mi kaynaklandığını yoksa hızı yakındaki büyük kütle tarafından yönlendirilmeyen “kaçak” bir yıldız mı olduğunu belirlemek imkansız olurdu.
Ölçümler 8.200 güneşe eşdeğer bir kütleyi ortaya çıkarırken, bölgede yapılan çalışmalarda yıldız benzeri nesnelere rastlanmadı. Ekibin “ışık ayları” genişliğinde olduğunu belirlediği bu bölgede bir kara delik olsaydı tam olarak beklenen şey buydu.
Galaksimizin merkezinde süper kütleli bir kara delik oluşturacak kadar olgun olması, muhtemelen birçok orta kütleli kara delik tarafından doldurulma aşamasını aştığı anlamına geliyor.
“Önceki çalışmalar şu soruyu açık bıraktı: yüksek hızlı yıldızlar nerede? Artık bu sorunun cevabını aldık ve Omega Centauri’nin orta kütleli bir kara delik içerdiğini doğruladık” dedi Haeberle.
Keşif, Sgr A*’nın Dünya’ya en yakın süper kütleli kara deliği veya Gaia BH1’in Dünya’ya en yakın yıldız kütleli kara deliği statüsünü değiştirmiyor, ancak bilim adamlarının, merkezimizin nasıl olduğunu tahmin etmede doğru yolda olduklarına dair bir miktar güven sağlıyor. kara delik “kozmik bir dev” haline geldi.