Gökbilimciler, yakındaki bir kara deliğin etrafında dönen güneş benzeri bir yıldız buluyor

1916’da Karl Schwarzchild, genel görelilik teorisi için Einstein’ın alan denklemlerine bir çözüm olarak kara deliklerin varlığını teorileştirdi. 20. yüzyılın ortalarında, gökbilimciler ilk kez karadelikleri çevreleyen nesneler ve uzay üzerindeki etkilerini gözlemlemekten oluşan dolaylı yöntemler kullanarak tespit etmeye başladılar. 1980’lerden beri bilim adamları, evrendeki en büyük kütleli gökadaların merkezinde bulunan süper kütleli kara delikler (SMBH’ler) üzerinde çalışıyorlar. Ve Nisan 2019’a kadar, Event Horizon Telescope (EHT) işbirliği, bir SMBH’nin şimdiye kadar çekilmiş ilk görüntüsünü yayınladı.

Bu gözlemler, en uç koşullar altında fizik yasalarını test etmek ve evreni şekillendiren güçler hakkında fikir vermek için bir fırsattır. Yakın tarihli bir araştırmaya göre, uluslararası bir araştırma ekibi, garip yörünge özelliklerine sahip güneş benzeri bir yıldızı gözlemlemek için ESA’nın Gaia Gözlemevi’nden gelen verilere güvendi. Yörüngesinin doğası gereği ekip, bunun bir kara delik ikili sisteminin parçası olması gerektiği sonucuna vardı. Bu, onu güneş sistemimize en yakın kara delik yapar ve galaksimizde oldukça büyük bir kara delik popülasyonunun varlığını ima eder.

Araştırma, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi (CfA) ve Max Planck Astronomi Enstitüsü (MPIA) ile Harvard Topluluğu Üyesi astrofizikçi Kareem El-Badry tarafından yönetildi. Ona CfA, MPIA, Caltech, UC Berkely, Flatiron Enstitüsü’nün Hesaplamalı Astrofizik Merkezi (CCA), Weizmann Bilim Enstitüsü, Paris Gözlemevi, MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü ve birçok üniversiteden araştırmacılar katıldı. Bulgularını açıklayan makale, dergide yayınlanacaktır. Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.

El-Badry’nin Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi, bu gözlemler Samanyolu galaksisindeki normal yıldızlara uykuda olan kara delik yoldaşlarını belirlemeye yönelik daha geniş bir kampanyanın parçasıydı. “Son dört yıldır çok çeşitli veri kümeleri ve yöntemler kullanarak hareketsiz kara delikler arıyordum” dedi. “Önceki girişimlerim, kara delikler gibi görünen çeşitli ikili dosyalar kümesini ortaya çıkardı, ancak bu, aramanın ilk meyvesiydi.”

Bu çalışma uğruna, El-Badry ve meslektaşları, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Gaia Gözlemevi tarafından elde edilen verilere güvendiler. Bu görev, yıldızlar, gezegenler, kuyruklu yıldızlar, asteroitler ve galaksiler gibi yaklaşık 1 milyar astronomik nesnenin konumlarını, mesafelerini ve uygun hareketlerini ölçmek için yaklaşık on yıl harcadı. Gaia misyonu, Samanyolu’nun merkezindeki yörüngelerinde (astrometri olarak bilinen bir teknik) nesnelerin hareketini izleyerek, şimdiye kadar oluşturulmuş en doğru 3B uzay kataloğunu oluşturmayı amaçlıyor.

El-Badry ve meslektaşları, amaçları için, Gaia Veri Yayını 3’teki (GDR3) iki cisim yörüngesine sahip olduğu anlaşılan 168.065 yıldızın tamamını incelediler. Analizleri, özellikle umut verici bir aday buldu, Gaia DR3 4373465352415301632 olarak adlandırılan bir G tipi (sarı yıldız) – amaçları için, ekip Gaia BH1 olarak adlandırdı. El-Badry ve meslektaşları, gözlemlenen yörünge çözümüne dayanarak, bu yıldızın bir kara delik ikili arkadaşı olması gerektiğini belirlediler. El Badry dedi ki:

“Gaia verileri, yıldızın gökyüzünde nasıl hareket ettiğini kısıtlıyor, kara deliğin yörüngesinde dönerken bir elips izliyor. Yörüngenin boyutu ve periyodu bize görünmeyen yoldaşının kütlesi üzerinde bir kısıtlama sağlıyor – yaklaşık 10 güneş kütlesi. Gaia çözümünün doğru olduğunu doğrulamak ve kara delik olmayan alternatifleri ekarte etmek için, yıldızı birkaç başka teleskopla spektroskopik olarak gözlemledik. Bu, yoldaşın kütlesi üzerindeki kısıtlamalarımızı sıkılaştırdı ve gerçekten ‘karanlık’ olduğunu kanıtladı.”

Ekip, gözlemlerini doğrulamak için birden fazla teleskoptan Gaia BH1’in radyal hız ölçümlerini analiz etti. Buna WM Keck Gözlemevi’nin Yüksek Çözünürlüklü Echelle Spektrometresi (HIRES), MPG/ESO teleskobunun Fiber Beslemeli Genişletilmiş Menzilli Optik Spektrografı (FEROS) spektrografı, Çok Büyük Teleskop’un (VLT) X-Shooter tayfçekeri, Gemini Çok Nesneli Spektrografı dahildir. (GMOS), Magellan Echellette (MagE) spektrografı ve Büyük Gökyüzü Alanı Çok Nesneli Fiber Spektroskopik Teleskopu (LAMOST).

Ötegezegenleri avlamak için kullanılan yönteme (Doppler Spektroskopisi) benzer şekilde, bu araçlar tarafından sağlanan spektrumlar, ekibin yörüngesini etkileyen yerçekimi kuvvetlerini gözlemlemesine ve ölçmesine izin verdi. Bu takip gözlemleri, Gaia BH1’in yörünge çözümünü ve kabaca on güneş kütlesine sahip bir yoldaşın onunla birlikte yörüngede dolandığını doğruladı. El-Badry’nin belirttiği gibi, bu bulgular, Samanyolu’ndaki X-ışını emisyonları veya diğer enerji salıvermelerine dayanarak gözlemlenmeyen ilk kara deliği oluşturabilir:

“Modeller, Samanyolu’nun yaklaşık 100 milyon kara delik içerdiğini tahmin ediyor. Ama biz bunlardan sadece 20 tanesini gözlemledik. Daha önce gözlemlediğimiz tüm kara delikler “X-ışını ikili dosyalarında”: kara delik bir yoldaş yıldızı yiyor. ve malzemenin yerçekimi potansiyel enerjisi ışığa dönüştüğü için X-ışınlarında parlak bir şekilde parlıyor.Ancak bunlar sadece buzdağının ucunu temsil ediyor: çok daha büyük bir popülasyon, daha geniş bir şekilde ayrılmış ikili dosyalara gizlenmiş olabilir.Gaia BH1’in keşfi parlıyor. bu nüfusa erken ışık.”

Doğrulanırsa, bu bulgular Samanyolu’nda güçlü bir uykuda kara delik popülasyonu olduğu anlamına gelebilir. Bu, parlak disklerden, radyasyon patlamalarından veya kutuplarından yayılan hiper hızlı jetlerden (kuasarlarda sıklıkla olduğu gibi) belirgin olmayan kara deliklere atıfta bulunur. Bu nesneler galaksimizde her yerde bulunuyorsa, yıldız ve galaktik evrimin etkileri çok derin olabilir. Bununla birlikte, bu özel uyuyan kara deliğin bir aykırı değer olması ve daha büyük bir popülasyonun göstergesi olmaması mümkündür.

El-Badry ve meslektaşları bulgularını doğrulamak için, tarihi henüz belirlenmemiş olan ve beş yıllık nominal görev (GDR 4) sırasında toplanan tüm verileri içerecek olan Gaia Veri Sürümü 4’ü (GDR 4) dört gözle bekliyorlar. ). Bu sürüm, gözlemlenen tüm yıldızlar, ikili dosyalar, galaksiler ve ötegezegenler için en güncel astrometrik, fotometrik ve radyal hız kataloglarını içerecektir. Beşinci ve son sürüm (GDR 5), nominal ve genişletilmiş görevden (tam on yıl) verileri içerecektir.

El-Badry, “Gaia BH1 tarafından ima edilen BH eşlik eden oluşum oranına dayanarak, bir sonraki Gaia veri yayınının düzinelerce benzer sistemin keşfedilmesini sağlayacağını tahmin ettik” dedi. “Yalnızca bir nesneyle, popülasyon hakkında tam olarak ne ima ettiğini bilmek zor (sadece bir tuhaf, bir tesadüf olabilir). Daha büyük örneklerle yapabileceğimiz nüfus demografik çalışmaları için heyecanlıyız.”