Araştırmacılar, kara deliklerin beklenenden daha hızlı döndüğünü buldu

Dışarıda neşeyle dönen kara deliklerle dolu bir evren var; bazıları hızlı, diğerleri daha yavaş. Süper kütleli kara delikler üzerinde yakın zamanda yapılan bir araştırma, dönüş hızlarının oluşum geçmişleri hakkında bir şeyler ortaya çıkardığını ortaya koyuyor.

Süper kütleli bir kara deliğin özelliklerini tanımlamak istiyorsanız kullanabileceğiniz iki önemli sayı vardır. Biri kütlesi, diğeri ise dönüş hızıdır. Bazı kara delik dönüş hızlarının ışık hızına çok yakın olduğu düşünülüyor.

Logan Fries’a göre, Ph.D. Connecticut Üniversitesi’nde öğrenci olarak bu rakamları elde etmek zor. “Sorun şu ki kütleyi ölçmek zor, dönüş ise daha da zor” dedi. Ancak kara deliklerin evrimini anlamak istiyorsak doğru sayılara sahip olmak önemlidir.

Fries ve Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’nın Yankı Haritalama Projesi’ndeki meslektaşları zorlu bir işi üstlendiler. Kozmik tarih boyunca kara deliklerin dönüş hızlarını ölçtüler. Bu çalışmayla ilgili bir makalenin baş yazarı olan Fries, “Galaksilerin merkezlerinde bulunan dev kara delikleri bugünden 7 milyar yıl öncesine kadar inceledik” dedi.

Haritalama projesi ayrıca ilgili birikim disklerinin ayrıntılı gözlemlerini de yaptı. Bunlar, kara deliğe en yakın olan, maddenin biriktiği ve spiral çizdikçe ısındığı alanlardır. Kara deliğin kütlesini ve birikim diskinin yapısını bilmek, dönüş hızını ölçmelerine olanak tanıyan veriler sağladığından bu bölgenin ölçülmesi önemlidir. Gökbilimciler genellikle maddenin kara deliğe düşerken nasıl davrandığını gözlemleyerek dönüş hızını tahmin ederler.

Kara delikler ve arkeolojisi

Fries’a göre, SDSS Araştırması’nın yüzlerce kara deliğin kütle ölçümlerinin sonuçları bir sürprizdi. Bunun nedeni, dönüş hızlarının kara deliklerin oluşum tarihi hakkında bazı şeyleri ortaya çıkarmasıdır. “Beklenmedik bir şekilde, yalnızca galaksilerin birleşmesiyle oluşamayacak kadar hızlı döndüklerini gördük” dedi. “Bunların büyük bir kısmı kara deliğin içine düşen malzemenin düzgün bir şekilde büyümesi ve dönüşünün hızlanmasıyla oluşmuş olmalı.”

Patates kızartması tarif edildi şirketindeki işi 245. toplantı Amerikan Astronomi Derneği’nin. Fries, “Kara delik dönüşünü teorik olarak kara delik birleşmelerinin merceğinden inceleyen araştırma makalelerini okudum ve dönüşlerin gözlemsel olarak ölçülüp ölçülemeyeceğini merak ettim” dedi. Kara delik büyümesinin tarihinin, mevcut olandan daha kesin ölçümler gerektirdiğine dikkat çekti.

Ve Fries’in tez danışmanı Fizik profesörü Jonathan Trump’a göre bunlar hiç de kolay değil. Trump, “Zorluk, kara deliğin dönüşünü onu çevreleyen birikim diskinin dönüşünden ayırmakta yatıyor” dedi. “Önemli olan, gazın kara deliğin olay ufkuna düştüğü en içteki bölgeye bakmaktır. Dönen bir kara delik, en içteki malzemeyi yolculuk boyunca sürükler, bu da ölçümlerimizdeki ayrıntılara baktığımızda gözlemlenebilir bir farklılığa yol açar.” “

Bir kara deliğin kütlesini ve dönüşünü araştırmak, spektral ölçümler gerektirir. SDSS tarafından yapılanlar, spektrumda ışığın daha kısa dalga boylarına doğru ince kaymalar içeriyor. Bu kayma, kara deliğin dönüş hızına ilişkin önemli bir ipucudur. Fries, “Bu yaklaşıma ‘kara delik arkeolojisi’ diyorum çünkü bir kara deliğin kütlesinin zaman içinde nasıl büyüdüğünü anlamaya çalışıyoruz. Kara deliğin dönüşüne bakarak aslında fosil kayıtlarında.”

Kara delikler bize ne anlatıyor?

Peki bu fosil kayıtları bize ne anlatıyor? Her şeyden önce, kara deliklerin her zaman galaksi çarpışmalarında yaratıldığı yönündeki yaygın inanışa meydan okuyor. Başka bir deyişle, galaksiler birleştiğinde merkezdeki kara delikler de birleşti. Her galaksi birleşmeye bir dönüş hızı ve yönelim getirir. Rotasyonlar, bir araya getirildikleri kadar kolaylıkla birbirlerini de iptal edebilirler. Eğer bu doğruysa, gökbilimcilerin çok çeşitli dönüşler görmüş olması gerekirdi. Bazı kara deliklerin çok fazla dönüşü olmalı, diğerlerinin ise… o kadar değil.

En büyük sürpriz ise birçok kara deliğin çok hızlı dönüyor gibi görünmesi. Daha da şaşırtıcı olanı, en uzaktakilerin bize en yakın olanlardan (yani “yakındaki” evren) daha hızlı dönüyor gibi görünmesidir. Sanki evrenin erken dönemlerinde daha hızlı dönüyorlar, daha yakın çağlarda ise daha yavaş dönüyorlar. Fries, “Yaklaşık 10 milyar yıl önce kara deliklerin kütlelerini esas olarak bir şeyleri yiyerek elde ettiklerini bulduk.” diye açıkladı.

Erken hızlı dönüş hızı, çoğu süper kütleli kara deliğin (kendi Samanyolu galaksimizdeki gibi) çok düzgün ve kontrollü bir şekilde gaz ve toz alarak zaman içinde oluştuğunu ima eder. Başka bir deyişle, ne kadar çok yerse (yıldızlar ve gazlar gibi), dönüş hızları da o kadar hızlı olur. Ayrıca birleşme büyümesinin aslında süper kütleli kara deliklerin dönüşünü yavaşlattığı ortaya çıktı. Bu, bugün ölçtüklerimizin neden daha önceki dönemlerin daha tekdüze hızları yerine, dönüş hızlarının bir karışımına sahip olduğunu açıklayabilir.

Kara deliklerin zaman içinde düzgün bir şekilde oluştuğu fikri, kara delik araştırmalarına yeni bir yön kazandırıyor. JWST tarafından yapılan gözlemler, üzerinde çalışılacak daha fazla hedef verilmesine yardımcı olacaktır. SDSS Yankı Haritalama projesi gibi araştırmalar, JWST’nin evreni incelerken sürekli olarak bulduğu devasa süper kütleli kara deliklerin daha kesin ölçümlerini takip edecek.