Galaksilerin merkezlerindeki bazı kara deliklerin bir dostu vardır ancak bu ikili çiftleri tespit etmek kolay değildir.

Her galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur, tıpkı her yumurtanın sarısı olduğu gibi. Ancak bazen tavuklar iki sarılı yumurta bırakırlar. Benzer şekilde, bizim gibi astrofizikçiler süper kütleli kara delikleri inceleyenler Bazı galaksilerin kalbinde ikili sistemler (birbirinin etrafında dönen iki süper kütleli kara delik) bulmayı bekliyoruz.

Kara delikler, yerçekiminin çok güçlü olduğu ve çevresinden ışığın bile kaçamadığı uzay bölgeleridir. Devasa bir yıldızın çekirdeği kendi üzerine çöktüğünde oluşurlar ve kozmik elektrikli süpürge görevi görürler. Süper kütleli kara deliklerin Güneşimizin kütlesinin milyon katı veya daha büyük bir kütlesi vardır. Bizim gibi bilim insanları yerçekiminin nasıl çalıştığını ve galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamak için onları inceliyor.

Bir galaksinin merkezinde bir veya iki kara delik olup olmadığını anlamak, bir yumurtayı kırıp sarısını incelemek kadar kolay değil. Ancak bu ikili süper kütleli kara deliklerin ne sıklıkta oluştuğunu ölçmek, araştırmacıların galaksilere birleştiklerinde ne olacağını anlamalarına yardımcı olabilir.

Yeni bir çalışmada ekibimiz, yüz yılı aşkın bir geçmişe sahip tarihi astronomik verileri inceledi. İkili süper kütleli bir kara delik sistemini barındırdığına dair işaretler gösteren bir galaksiden yayılan ışığı aradık.

Galaktik çarpışmalar ve yerçekimi dalgaları

Samanyolu gibi galaksiler neredeyse evren kadar eskidir. Bazen onlar diğer galaksilerle çarpışmakBu da galaksilerin birleşip daha büyük, daha büyük bir galaksi oluşturmasına yol açabilir.

Birleşen iki galaksinin merkezindeki iki kara delik, yeterince yakın olduklarında, yerçekimiyle bağlı bir çift oluşturabilir. Bu çift uzun süre yaşayabilir yüz milyonlarca yıla kadar iki kara delik sonunda birleşip tek bir kara delik oluşturmadan önce.

İkili kara delikler, enerjiyi yerçekimi dalgaları (uzay-zamanda özel gözlemevlerinin tespit edebildiği dalgalanmalar) biçiminde serbest bırakır. Einstein’ın iddiasına göre genel görelilik teorisiBu dalgalar ışık hızında hareket ederek uzayın bir tür dalga gibi etraflarında gerilmesine ve sıkışmasına neden olur.

Pulsar zamanlama dizileri pulsarları kullançökmüş yıldızların yoğun, parlak çekirdekleri. Pulsarlar çok hızlı dönerler. Araştırmacılar, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için bu dönen pulsarlardan yayılan radyo dalgalarının desenindeki boşlukları ve anormallikleri arayabilirler.

Pulsar zamanlama dizileri, son 9 milyar yıl içindeki ikili yıldızlar topluluğundan gelen kolektif yerçekimsel dalga sinyalini tespit edebilse de, henüz bir galaksideki tek bir ikili sistemden gelen yerçekimsel dalga sinyalini tespit edecek kadar hassas değiller. Ve en güçlü teleskoplar bile bu ikili kara delikleri doğrudan görüntüleyemiyor. Bu nedenle gökbilimciler, bir galaksinin merkezinde ikili süper kütleli bir kara deliğin olup olmadığını anlamak için akıllıca dolaylı yöntemler kullanmak zorundalar.

İkili kara deliklerin işaretleri aranıyor

Dolaylı yöntemlerin bir türü, merkezlerden gelen periyodik sinyallerin aranmasını içerir. aktif galaksiler. Bunlar, gökbilimcilerin içerdikleri yıldız, gaz ve toz miktarından bekleyebileceğinden çok daha fazla enerji yayan galaksilerdir.

Bu galaksiler çekirdeklerinden veya merkezlerinden enerji yayarlar. aktif galaktik çekirdek. Birikme adı verilen bir süreçte, her aktif galaksideki kara delik, yakındaki gazı içe doğru çekmek için yerçekimini kullanır. Gaz, kara deliğin olay ufkuna yaklaştıkça hızlanır; tıpkı bir girdabı çevreleyen suyun içe doğru spiral çizerken giderek daha hızlı hareket etmesi gibi.

Gaz ısındıkça optik, ultraviyole ve X-ışını ışığında parlak bir şekilde parlıyor. Aktif galaktik çekirdekler evrendeki en parlak nesnelerden bazılarıdır.

Bazı aktif galaktik çekirdekler, ışık hızına yakın hızlara ulaşan parçacık ışınları olan jetleri fırlatabilir. Bu jetler gözlemevlerimizin görüş hatlarına hizalandığında son derece parlak görünüyorlar. Kozmik deniz fenerleri gibiler.

Bazı aktif galaktik çekirdekler, parlaklaşan, sönen ve sonra tekrar parlaklaşan periyodik ışık sinyallerine sahiptir. Bu benzersiz sinyal, içerideki iki süper kütleli kara deliğin döngüsel hareketinden gelebilir ve gökbilimcilere o galakside ikili bir kara delik sistemi aramalarını öneriyor.

İkili kara delik sistemi arayışında

Ekibimiz böyle aktif bir galaktik çekirdeği inceledi. PG 1553+153 olarak adlandırıldı. Bu nesneden gelen ışık giderek daha parlak ve sönükleşiyor yaklaşık her 2,2 yılda bir.

Bu periyodik değişiklikler PG 1553+153’ün içinde süper kütleli bir kara delik ikilisi var. Ancak ikili bu varyasyonun tek açıklaması değil. Titreşen jetler veya kara deliğin etrafındaki malzeme akışındaki değişiklikler gibi diğer olaylar da bu modeli ikili bir kara deliğin varlığı olmadan açıklayabilir, bu yüzden bunları elemek zorunda kaldık.

PG 1553+153 sisteminin ışık emisyon modellerinin ikili bir kara delikten gelip gelmediğini anlamak için, nasıl simüle ettik ikili süper kütleli kara delikler gaz toplar. Modellerimiz, bazen kara delikler gaz çektiğinde, deliğin dış tarafında yoğun gaz kümelerinin toplandığını ileri sürdü.

Bu kümelerin iki kara deliğin etrafında dönme süresinin, iki kara deliğin birbirlerinin etrafında dönme süresinden 5 ila 10 kat daha uzun olması gerektiğini hesapladık.

Sonunda test edebileceğimiz net bir tahminimiz vardı. Eğer ikili bir kara delik sistemi PG 1553+153’teki 2,2 yıllık periyodik değişime neden olduysa, o zaman gaz kümeleri kara deliklerin etrafında daire çizdiğinde yaklaşık her 10 ila 20 yılda bir daha uzun bir değişim modeli de görebilmemiz gerekir. .

Ancak bunun gerçekten bir kalıp olup olmadığını görmek için bunun dört ila beş döngü boyunca tekrarlanmasını izlememiz gerekiyordu. PG 1553+153 için bu 40 ila 100 yıl olacaktır.

Gökbilimciler gökyüzünü gözlemledi yüzlerce yıldır. Ancak astronomik görüntülerin bilgisayarlara kaydedildiği ve veritabanlarına kaydedildiği dijital astronomi çağı çok yenidir; yalnızca 2000 yılından bu yana.

Bundan önce, 1850’lerden başlayarak, gökbilimciler gökyüzünün görüntülerini fotoğraf plakalarına kaydettiler. Bunlar, geleneksel olarak fotoğrafçılıkta kullanılan, ışığa duyarlı bir kimyasal katmanla kaplanmış düz cam parçalarıdır. Dünyanın dört bir yanındaki pek çok gözlemevinde gece gökyüzünün yüz yıldan daha eskiye dayanan fotoğraf görüntüleri bulunmaktadır. Bundan önce gökbilimciler defterlerine gökyüzünün nasıl göründüğünü çiziyorlardı.

DASCH gibi projelerHarvard’da Gökyüzü Yüzyılına Dijital Erişim, dijitalleşmeye başladı birkaç gözlemevinden fotoğraf plakaları bunları hem bilim adamlarının hem de bilim insanı olmayanların kullanımına sunmak.

Ekibimiz, DASCH veritabanının PG 1553+153 hakkında 1900 yılına, yani 120 yılı aşkın bir süreye kadar uzanan veriler sağladığını öğrendi. Bu veri setini, her 10 ila 20 yılda bir tekrarlanan bir model görüp göremeyeceğimizi görmek için kullandık.

Biraz şaşırdık, 20 yıllık bir model bulduk bu da teorimize PG 1553+153’ün merkezinde ikili bir sistemin bulunduğuna dair daha fazla kanıt sağlıyor. Bu ikinci modelin tespiti aynı zamanda iki süper kütleli kara deliğin kütlelerinin 2,5:1 oranında olduğunu (biri diğerinin 2½ katı büyüklüğünde) ve yörüngelerinin neredeyse dairesel olduğunu anlamamıza yardımcı oldu.

Bu tarihsel veriler bizi PG 1553+153’te iki süper kütleli kara deliğin bulunduğuna dair daha emin kılsa da yine de kesin olarak söyleyemeyiz. Nihai doğrulamanın, pulsar zamanlama dizilerinin PG 1553+153’ten gelen yerçekimsel dalgaları tespit edecek kadar hassas hale gelene kadar beklemesi gerekebilir.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okuyun orijinal makale.