Helsinki Üniversitesi’nden bilim insanları, kara deliklerin çevresinden yayılan X-ışını radyasyonunu anlamada önemli bir atılım gerçekleştirdi. Bu başarı, onlarca yıllık araştırmanın ve ayrıntılı süper bilgisayar simülasyonlarının uygulanmasının sonucudur.
Araştırmacılar kara deliklerin etrafındaki radyasyon, plazma ve manyetik alanlar arasındaki etkileşimi modellemeyi başardılar ve manyetik alanların kaotik hareketlerinin plazmayı ısıtarak onun yayılmasına neden olduğunu buldular.
Nature Communications’da yayınlanan çalışma, radyasyon ve plazma arasındaki tüm önemli kuantum etkileşimlerini içeren ilk plazma fiziği modelini temsil ediyor.
Kara delikler, büyük kütleli yıldızların çökmesiyle oluşur; yerçekimi o kadar güçlüdür ki, ışığın bile etki alanlarından ayrılmasını engeller. Bu nedenle kara delikler ancak çevreye olan etkileri yoluyla dolaylı olarak gözlemlenebilir.
Gözlemlenen kara deliklerin çoğunda, ikili yıldız sistemi oluşturan bir eşlik eden yıldız bulunur. Bu sistemde iki nesne birbirinin yörüngesindedir ve eşlik eden yıldızdan gelen madde yavaş yavaş kara deliğin içine doğru spiraller çizerek gelir. Bu yavaş akan gaz akışı genellikle kara deliğin etrafında parlak, gözlemlenebilir bir X-ışını radyasyonu kaynağı olan bir birikim diski oluşturur.
1970’lerden bu yana, kara deliklerin etrafındaki birikim akışlarından kaynaklanan radyasyonu modellemek için girişimlerde bulunuldu. O zamanlar, X ışınlarının, Güneş’in etrafındaki alanın güneş patlamaları yoluyla manyetik aktivitesi nedeniyle ısıtılmasına benzer şekilde, yerel gaz ve manyetik alanların etkileşimi yoluyla üretildiğine zaten inanılıyordu.
Doçent Joonas Nättilä liderliğindeki Helsinki Üniversitesi’nden araştırmacılar, kara deliklerin etrafındaki radyasyon, plazma ve manyetik alanlar arasındaki etkileşimi modelledi. Bu nesnelerin etrafındaki türbülansın o kadar güçlü olduğunu buldular ki kuantum etkileri bile plazma dinamiği için önemli hale geldi.
Simülasyonlar, X ışınlarının elektronlara ve pozitronlara dönüştürülebildiğini, bunların temas halinde tekrar radyasyona dönüşebildiğini göstermiştir. Bu fenomen, elektronlar ve pozitronlar arasındaki etkileşimi mümkün kılan kara deliklerin aşırı enerjik ortamının bir sonucudur.
Nättilä, birbirlerinin antiparçacıkları olan elektronların ve pozitronların genellikle aynı yerde oluşmadığını açıklıyor. Ancak kara deliklerin aşırı enerjik ortamı bunu bile mümkün kılıyor. Radyasyon ayrıca plazma ile etkileşime girmez. Ancak fotonlar kara deliklerin etrafında o kadar enerjiktir ki etkileşimleri plazma için de önemlidir.
Nättilä, “Günlük yaşamda, aşırı parlak ışık yerine maddenin aniden ortaya çıktığı bu tür kuantum fenomenleri elbette gözlemlenmiyor, ancak kara deliklerin yakınında ortaya çıkıyor” diyor.
Çalışma ayrıca kara deliklerin etrafındaki plazmanın dış radyasyon alanına bağlı olarak iki farklı denge durumunda olabileceğini gösterdi. Bir durumda plazma şeffaf ve soğuk, diğer durumda ise opak ve sıcaktır. Bu, kara delik birikim disklerinin yumuşak ve sert durumları arasında gözlemlenen farklılıklara karşılık gelir.
Nättilä, “Kara delik birikim disklerinin X-ışını gözlemleri, sözde yumuşak ve sert durumlar arasında tam olarak aynı farklılıkları gösteriyor” diye belirtiyor.
Bilim insanları, araştırmalarının yıllar süren çabanın ve tüm kuantum olgularının simülasyona eklenmesinin sonucu olduğunu belirtiyor. Bu çalışmanın kara delikler ve onların evrendeki rolleri hakkındaki anlayışımızı ilerleteceğini umuyorlar. Nättilä, “Doğada meydana gelen tüm kuantum olaylarını araştırmak ve simülasyonlara eklemek yıllarımızı aldı, ancak sonuçta buna değdi” diye ekledi.
