Eğik birikim diski modelinin şematik gösterimi. Bu çizimde kara deliğin dönüş ekseninin düz yukarı ve aşağı olduğu varsayılmaktadır. Jet yönü disk düzlemine neredeyse diktir. Kara deliğin dönme ekseni ile diskin dönme ekseni arasındaki yanlış hizalama, diskin ve jetin devinimini tetikler. Kredi: Yuzhu Cui ve ark. (2023), Intouchable Lab@Openverse ve Zhejiang Lab
M87 galaksisinin Kara delik Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tahminleriyle uyumlu yirmi yıllık bir çalışmadan çıkarıldığı gibi, salınımlı bir jet sergiliyor ve dönüşünü doğruluyor.
Dünya’dan 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan ve Güneş’ten 6,5 milyar kat daha büyük bir kara deliği barındıran yakındaki radyo galaksisi M87, yaklaşık 10 derecelik bir genlikle yukarı ve aşağı sallanan salınımlı bir jet sergiliyor ve kara deliğin varlığını doğruluyor. döndürmek.
Çinli araştırmacı Dr. Yuzhu Cui başkanlığında yürütülen çalışma, Doğa 27 Eylül’de, küresel bir radyo teleskop ağını kullanan uluslararası bir ekip tarafından gerçekleştirildi.
“Bu canavar kara delik gerçekten dönüyor.” — Dr. Kazuhiro Hada
Araştırma ekibi, 2000-2022 yılları arasındaki teleskop verilerinin kapsamlı analizi yoluyla, Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tarafından tahmin edildiği gibi, jet tabanının presesyonal hareketinde yinelenen 11 yıllık bir döngüyü ortaya çıkardı. Çalışma, jetin dinamiklerini merkezi süper kütleli kara delikle ilişkilendirerek M87’nin kara deliğinin döndüğüne dair kanıtlar sunuyor.
Süper Kütleli Kara Delik Olayları
Evrenimizdeki en yıkıcı gök cisimleri olan aktif galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara delikler, olağanüstü çekim kuvveti ve gücü nedeniyle muazzam miktarda malzeme biriktirebilir. plazma Işık hızına yaklaşan ve binlerce ışık yılı uzağa uzanan jetler olarak bilinen akışlar.
Süper kütleli kara delikler ile bunların birikim diskleri ve göreli jetler arasındaki enerji aktarım mekanizması, bir yüzyıldan fazla bir süredir fizikçilerin ve gökbilimcilerin kafasını karıştırmaktadır. Geçerli bir teori, enerjinin dönen bir kara delikten elde edilebileceğini ve süper kütleli kara deliği çevreleyen bazı malzemelerin büyük bir enerjiyle dışarı atılmasına izin verebileceğini öne sürüyor. Ancak bu süreçte çok önemli bir faktör olan ve kara delik kütlesi dışındaki en temel parametre olan süper kütleli kara deliklerin dönüşü doğrudan gözlemlenmemişti.
Üst panel: 2013-2018 yılları arasında gözlemlenen iki yıllık istifleme verilerine dayanan 43 GHz’deki M87 jet yapısı. Beyaz oklar her alt grafikteki jet konumu açısını gösterir. Alt panel: 2000-2022 arasındaki yıllık yığın görsele dayalı en iyi sonuçlar. Yeşil ve mavi noktalar sırasıyla 22 GHz ve 43 GHz’deki gözlemlerden elde edildi. Kırmızı çizgi, devinim modeline göre en iyi uyumu temsil eder. Katkıda bulunanlar: Yuzhu Cui ve diğerleri, 2023
M87’ye odaklanın
Bu çalışmada araştırma ekibi, ilk gözlemsel astrofiziksel jetin 1918 yılında gözlemlendiği M87’ye odaklandı. Yakınlığı sayesinde kara deliğe yakın jet oluşum bölgeleri, Çok Uzun Taban Çizgisi İnterferometrisi (VLBI) ile detaylı bir şekilde çözümlenebiliyor, Olay Ufku Teleskobu (EHT) ile yakın zamanda yapılan kara delik gölge görüntülemesiyle temsil edildiği üzere. Son 23 yılda elde edilen M87’den elde edilen VLBI verilerini analiz eden ekip, tabanındaki periyodik presesyon jetini tespit ederek merkezi kara deliğin durumu hakkında fikir sahibi oldu.
Kara Delik Dinamiği ve Görelilik
Bu keşfin merkezinde şu kritik soru yatıyor: Evrendeki hangi kuvvet bu kadar güçlü bir jetin yönünü değiştirebilir? Cevap, merkezi süper kütleli kara delikle ilgili bir konfigürasyon olan birikim diskinin davranışında gizli olabilir.
İçe düşen materyaller, açısal momentumları nedeniyle kara deliğin yörüngesinde dönerken, disk benzeri bir yapı oluştururlar ve ardından yavaş yavaş içe doğru spiral çizerek kaçınılmaz olarak kara deliğin içine çekilirler. Bununla birlikte, eğer kara delik dönüyorsa, çevredeki uzay-zaman üzerinde önemli bir etki uygulayarak yakındaki nesnelerin kendi dönme ekseni boyunca sürüklenmesine neden olur; bu, Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi tarafından tahmin edilen, “kare sürüklenmesi” olarak bilinen bir olgudur.
“Bu önemli bulgu bizi heyecanlandırdı.” — Yuzhu Cui
Araştırma ekibinin kapsamlı analizi, birikim diskinin dönme ekseninin kara deliğin dönme ekseniyle yanlış hizalandığını ve bunun da presesyon jetine yol açtığını gösteriyor. Bu devinimi tespit etmek, M87’deki süper kütleli kara deliğin gerçekten dönmekte olduğuna dair kesin kanıtlar sağlar ve böylece süper kütleli kara deliklerin doğasına dair anlayışımızı geliştirir.
Hangzhou’daki bir araştırma kurumu olan Zhejiang Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı ve sorumlu yazarı Yuzhu Cui, “Bu önemli bulgu bizi heyecanlandırdı” dedi. “Kara delik ile disk arasındaki yanlış hizalama nispeten küçük olduğundan ve devinim periyodu yaklaşık 11 yıl olduğundan, M87’nin yapısını yirmi yıl boyunca takip eden yüksek çözünürlüklü verilerin toplanması ve kapsamlı analiz, bu başarıyı elde etmek için çok önemlidir.”
Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi’nden Dr. Kazuhiro Hada, “EHT ile bu galakside kara delik görüntülemenin başarısından sonra, bu kara deliğin dönüp dönmediği bilim adamları arasında temel bir endişe kaynağı haline geldi” diye ekledi. “Artık beklenti kesinliğe dönüştü. Bu canavar kara delik gerçekten de dönüyor.”
Katkılar ve Geleceğe Yönelik Etkiler
Bu çalışma, Doğu Asya VLBI Ağı (EAVN), Çok Uzun Temel Çizgi Dizisi (VLBA), KVN ve VERA ortak dizisi (KaVA) ve Doğu Asya’dan İtalya’ya kadar elde edilen toplam 170 dönemlik gözlemlerden yararlanmıştır. Küresel (YEME) ağı. Toplamda dünya çapında 20’den fazla teleskop bu çalışmaya katkıda bulunmuştur.
Çin’deki radyo teleskopları da bu projeye katkıda bulundu; bunların arasında dev çanağı ve milimetrik dalga boylarında yüksek hassasiyeti olan Çin’in 65 metrelik Tianma radyo teleskopu da yer alıyor. Ayrıca Xinjiang’ın 26 metrelik radyo teleskopu, EAVN gözlemlerinin açısal çözünürlüğünü artırıyor. Bu başarıyı elde etmek için hem yüksek hassasiyete hem de yüksek açısal çözünürlüğe sahip kaliteli veriler gereklidir.
“Şangay Astronomi Gözlemevi’nin bina içi Shigatse 40 metrelik radyo teleskopu, EAVN’nin milimetre cinsinden görüntüleme yeteneğini daha da artıracak. Özellikle teleskobun bulunduğu Tibet Platosu (milimetre altı) dalga boyu gözlemleri için en mükemmel saha koşullarından birine sahiptir. Çin Bilimler Akademisi Şangay Astronomi Gözlemevi Direktörü Prof. Zhiqiang Shen, “Bu, astronomik gözlemler için yerli milimetre altı tesisleri teşvik etme beklentilerimizi karşılıyor” dedi.
Bu çalışma süper kütleli kara deliklerin gizemli dünyasına ışık tutarken aynı zamanda zorlu zorlukları da beraberinde getiriyor. Birikme diskinin yapısı ve M87 süper kütleli kara deliğin dönüşünün kesin değeri hala oldukça belirsizdir. Bu çalışma aynı zamanda bu konfigürasyona sahip daha fazla kaynağın bulunacağını öngörüyor ve bu da bilim adamlarını bunları keşfetmeye zorluyor.
Referans: Yuzhu Cui, Kazuhiro Hada, Tomohisa Kawashima, Motoki Kino, Weikang Lin, Yosuke Mizuno, Hyunwook Ro, Mareki Honma, Kunwoo Yi, Jintao Yu, Jongho Park, Wu tarafından “M87’de dönen bir kara deliğe bağlanan presleme jet nozulu” Jiang, Zhiqiang Shen, Evgeniya Kravchenko, Juan-Carlos Algaba, Xiaopeng Cheng, Ilje Cho, Gabriele Giovannini, Marcello Giroletti, Taehyun Jung, Ru-Sen Lu, Kotaro Niinuma, Junghwan Oh, Ken Ohsuga, Satoko Sawada-Satoh, Bong Won Sohn , Hiroyuki R. Takahashi, Mieko Takamura, Fumie Tazaki, Sascha Trippe, Kiyoaki Wajima, Kazunori Akiyama, Tao An, Keiichi Asada, Salvatore Buttaccio, Do-Young Byun, Lang Cui, Yoshiaki Hagiwara, Tomoya Hirota, Jeffrey Hodgson, Noriyuki Kawaguchi, Jae-Young Kim, Sang-Sung Lee, Jee Won Lee, Jeong Ae Lee, Giuseppe Maccaferri, Andrea Melis, Alexey Melnikov, Carlo Migoni, Se-Jin Oh, Koichiro Sugiyama, Xuezheng Wang, Yingkang Zhang, Zhong Chen, Ju-Yeon Hwang, Dong-Kyu Jung, Hyo-Ryoung Kim, Jeong-Sook Kim, Hideyuki Kobayashi, Bin Li, Guanghui Li, Xiaofei Li, Zhiyong Liu, Qinghui Liu, Xiang Liu, Chung-Sik Oh, Tomoaki Oyama, Duk-Gyoo Roh , Jinqing Wang, Na Wang, Shiqiang Wang, Bo Xia, Hao Yan, Jae-Hwan Yeom, Yoshinori Yonekura, Jianping Yuan, Hua Zhang, Rongbing Zhao ve Weiye Zhong, 27 Eylül 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06479-6