Geleneksel olarak yakalanması zor ve görünmez olan kara delikler, yıldızların şiddetli bir şekilde yok edildiği ve çok uzak mesafelerden gözlemlenebilen ışıklı parlamalar ürettiği gelgit bozulma olaylarının (TDE) gözlemlenmesiyle ortaya çıkarılıyor.
Dünya’dan yaklaşık 860 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir ışık kaynağının dramatik bir şekilde sönmesi, kesinlik Syracuse Üniversitesi’nden bir astrofizikçi ekibi tarafından geliştirilen ayrıntılı bir modelin, MİTve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü.
TDE’ler Aracılığıyla Kara Delikleri Anlamak
Güçlü teleskoplar gibi NASAHubble, James Webb ve Chandra X-ışını Gözlemevi, bilim insanlarına kara deliklerin fiziğini araştırmak için derin uzaya açılan bir pencere sağlıyor. Birisi bir kara deliktüm ışığı emmesiyle ünlüdür, bu, bir yıldızın süper kütleli bir kara delik tarafından yok edildiği ve “parlak bir birikim parlaması”nı besleyebildiği gelgitsel bozulma olayları (TDE’ler) ile mümkün olur. Güneş’ten binlerce milyar kat daha parlak olan parlaklıklarla, birikim olayları astrofizikçilerin süper kütleli kara delikleri (SMBH’ler) kozmolojik uzaklıklarda incelemesini sağlar.
TDE’ler, bir yıldızın kara deliğin muazzam kütle çekim alanı tarafından şiddetli bir şekilde parçalanmasıyla meydana gelir. Yıldız parçalandıkça, kalıntıları kara deliğe geri yağan ve kara deliğin etrafında dönen çok sıcak, çok parlak bir madde diski oluşturan bir enkaz akışına dönüşür, buna yığılma diski denir. Bilim insanları bunları inceleyerek TDE’lerin doğrudan gözlemlerini yapabilir ve bunları teorik modellerle karşılaştırarak gözlemleri bozulmuş yıldızların ve bozulan kara deliklerinin fiziksel özellikleriyle ilişkilendirebilir.
Kara Delik Araştırmalarındaki Yenilikler
Syracuse Üniversitesi, MIT ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden fizikçilerden oluşan bir ekip, tekrarlayan kısmi TDE olan AT2018fyk’nin parlaklığını ve sönüklüğünü tahmin etmek için ayrıntılı modelleme kullandı; bu, yıldızın yüksek yoğunluklu çekirdeğinin SMBH ile kütle çekimsel etkileşimden sağ çıktığı ve kara deliğin yörüngesinde dönmesine ve bir kereden fazla parçalanmasına olanak sağladığı anlamına geliyor.
Model, AT2018fyk’nin Ağustos 2023’te “sönükleşeceğini” öngörmüştü; bu tahmin, kaynağın geçen yaz kararmasıyla doğrulandı ve modellerinin kara deliklerin fiziğini araştırmak için yeni bir yol sunduğuna dair kanıt sağladı. Sonuçları şu şekilde yayınlandı: The Astrofizik Dergisi Mektupları.
Yüksek Enerji Kaynağı
İnanılmaz derecede ayrıntılı galaksi dışı araştırmalar sayesinde bilim insanları daha önce hiç olmadığı kadar çok gelen ve giden ışık kaynağını izliyor. Araştırmalar kaynakların aniden parlamasını veya sönmesini arayarak tüm yarım küreleri tarıyor ve bu da araştırmacılara bir şeylerin değiştiğini söylüyor. Oturma odanızdaki yalnızca görünür ışığı odaklayabilen teleskoptan farklı olarak, Chandra gibi teleskoplar milyonlarca derece sıcaklıktaki maddeden yayılan X-ışını spektrumu olarak adlandırılan ışık kaynaklarını tespit edebilir.
Görünür ışık ve X ışınları, her ikisi de elektromanyetik radyasyonun formlarıdır, ancak X ışınları daha kısa dalga boylarına ve daha fazla enerjiye sahiptir. Sobanızı açtıktan sonra “kızıl sıcak” hale gelmesine benzer şekilde, bir diski oluşturan gaz farklı sıcaklıklarda “parlar” ve en sıcak malzeme kara deliğe en yakın olur. Ancak, bir yığılma diskindeki en sıcak gaz, enerjisini gözle görülebilen optik dalga boylarında yaymak yerine, X ışını spektrumunda yayar. Bunlar, doktorların kemiklerinizi görüntülemek için kullandıkları ve yumuşak dokudan geçebilen aynı X ışınlarıdır ve bu göreceli şeffaflık nedeniyle, NASA X ışını teleskopları tarafından kullanılan dedektörler özellikle bu yüksek enerjili radyasyonu tespit etmek için tasarlanmıştır.
Tekrarlanan Bir Performans
Ocak 2023’te Syracuse Üniversitesi Fizik Bölümü’nde profesör olan Eric Coughlin, MIT’de araştırma bilimcisi olan Dheeraj R. “DJ” Pasham ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde Üye olan Thomas Wevers’ın da aralarında bulunduğu bir fizikçi ekibi, Astrofizik Dergisi Mektupları tekrarlayan kısmi TDE için ayrıntılı bir model öneren. Sonuçları, bir yıldızın süper kütleli bir kara delik etrafındaki şaşırtıcı dönüş yörüngesini haritalayan ilk sonuçlardı – kozmosun en uç ortamlarından biri hakkında yeni bilgiler ortaya çıkardı.
Ekip, çalışmalarını AT2018fyk (AT, “Astrofiziksel Geçici” anlamına gelir) olarak bilinen bir TDE’ye dayandırdı; burada bir yıldızın “Hills yakalama” olarak bilinen bir değişim süreci yoluyla bir SMBH tarafından yakalandığı öne sürüldü. Başlangıçta bir ikili sistemin (birbirlerinin karşılıklı kütle çekimsel çekimleri altında yörüngede dönen iki yıldız) parçası olan yıldızlardan birinin kara deliğin kütle çekim alanı tarafından yakalandığı ve diğer (yakalanmamış) yıldızın galaksinin merkezinden yaklaşık 1000 km/s’ye benzer hızlarda fırlatıldığı varsayıldı.
SMBH’ye bağlandıktan sonra, AT2018fyk’den gelen emisyonu güçlendiren yıldız, kara delikle en yakın yaklaşma noktasından her geçtiğinde dış zarfı tekrar tekrar soyulmuştur. Yıldızın soyulmuş dış katmanları, araştırmacıların uzak galaksilerden gelen ışığı gözlemleyen X-Ray ve Ultraviyole/Optik teleskoplarını kullanarak inceleyebilecekleri parlak yığılma diskini oluşturur.
TDE’ler genellikle “bir kerelik”tir çünkü SMBH’nin aşırı kütle çekim alanı yıldızı yok eder ve bu da SMBH’nin yığılma parlamasını takiben karanlığa geri dönmesi anlamına gelir. AT2018fyk, tekrarlayan kısmi bir TDE’yi araştırmak için benzersiz bir fırsat sundu.
Araştırma ekibi, ilk ve takip tespitlerini yapmak için üç teleskop kullandı: Her ikisi de NASA tarafından işletilen Swift ve Chandra ve Avrupa misyonu olan XMM-Newton. İlk olarak 2018’de gözlemlenen AT2018fyk, ~ 860 milyon ışık yılı uzaklıkta, yani ışığın seyahat etmesi için gereken süre nedeniyle, “gerçek zamanlı” olarak ~ 860 milyon yıl önce gerçekleşti.
Ekip, ışık kaynağının 2023 Ağustos civarında aniden kaybolacağını ve 2025 yılında yeni sıyrılan malzemenin kara deliğe birikmesiyle tekrar parlayacağını öngörmek için ayrıntılı modelleme kullandı.
Geleceği Araştırmak: Tahminler ve Sonuçlar
Modellerinin doğruluğunu teyit eden ekip, 14 Ağustos 2023’te başlayarak iki aylık bir süre zarfında X-ışını akısında bir düşüş bildirdi. Bu ani değişim, ikinci emisyon kapanması olarak yorumlanabilir.
“Gözlemlenen emisyon kapanması, modelimizin ve varsayımlarımızın uygulanabilir olduğunu gösteriyor ve aslında uzak ve çok büyük bir kara delik tarafından yavaşça yutulan bir yıldız gördüğümüzü öne sürüyor,” diyor Coughlin. “Geçen yılki makalemizde, AT2018fyk’nin 2023 Ağustos’unda ani ve hızlı bir sönükleşme göstermesi gerektiğini tahmin etmek için ilk patlama, sönükleşme ve yeniden parlaklaşmadan gelen kısıtlamaları kullandık, eğer Yıldız, ikinci parlamayı besleyen ikinci karşılaşmadan sağ kurtuldu.”
Sistemin bu öngörülen kapanmayı göstermesi, yıldız ile kara delik arasında bazı farklar olduğunu ima ediyor:
- yıldız kara delikle ikinci karşılaşmasından sağ çıktı;
- Soyulan enkazın kara deliğe geri dönme oranı, AT2018fyk’nin parlaklığıyla sıkı bir şekilde bağlantılıdır;
- ve yıldızın kara delik etrafındaki yörünge periyodu ~1300 gündür, yani yaklaşık 3,5 yıldır.
İkinci kesinti, 2025 yılının Mayıs ve Ağustos ayları arasında başka bir yeniden parlamanın gerçekleşeceği anlamına geliyor ve yıldız ikinci karşılaşmayı atlatırsa, üçüncü bir kesintinin 2027 yılının Ocak ve Temmuz ayları arasında gerçekleşmesi öngörülüyor.
2025 yılında yeniden bir parlama görüp göremeyeceğimize gelince, Coughlin, ikinci bir kesintinin tespit edilmesinin yıldızın daha fazla kütlesinin yeni soyulmuş olduğu anlamına geldiğini ve bunun kara deliğe geri dönerek üçüncü bir parlama üretmesi gerektiğini söylüyor.
“Tek belirsizlik emisyonun zirvesinde,” diyor. “İkinci yeniden aydınlanan zirve birinciden önemli ölçüde daha sönüktü ve maalesef üçüncü patlamanın daha da sönük olması mümkün. Bu, bu üçüncü patlamanın tespit edilebilirliğini sınırlayacak tek şey.”
Coughlin, bu modelin, belirli bir galakside her milyon yılda bir gerçekleştiğine inanılan tekrarlayan kısmi TDE’lerin inanılmaz derecede nadir oluşumlarını incelemek için heyecan verici yeni bir yol olduğunu belirtiyor. Bilim insanlarının bugüne kadar bu davranışı gösteren yalnızca dört ila beş sistemle karşılaştığını söylüyor.
“Daha fazla tekrarlayan kısmi TDE’yi ortaya çıkaran gelişmiş tespit teknolojisinin ortaya çıkmasıyla, bu modelin bilim insanlarının bu keşifleri belirlemesinde önemli bir araç olacağını öngörüyoruz” diyor.
Referans: “AT2018fyk’den Olası İkinci Bir Kapanma: Tekrarlayan Kısmi Gelgit Kesintisi Olayı Paradigması Altında Hayatta Kalan Yıldızın Güncellenmiş Yörünge Gök Günlüğü” Dheeraj Pasham, ER Coughlin, M. Guolo, T. Wevers, CJ Nixon, Jason T. Hinkle ve A. Bandopadhyay tarafından, 14 Ağustos 2024, Astrofizik Dergisi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad57b3