ESA’nın Samanyolu’ndaki Gaia görevi tarafından keşfedilen ilk iki kara deliğin yeri. Galaksimizin bu haritası da Gaia misyonu tarafından yapılmıştır. Gaia Kara Delik 1, Yılancı takımyıldızı yönünde bizden sadece 1560 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır ve Gaia Kara Delik 2, Erboğa takımyıldızında 3800 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır. Galaktik terimlerle, bu kara delikler kozmik arka bahçemizde bulunuyor. Kredi: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO
ESA’nın Gaia misyonu, yeni bir tür keşfetmeye yardımcı oldu.[{” attribute=””>black hole. The new family already has two members, and both are closer to Earth than any other black hole that we know of.
A team of astronomers studied the orbits of stars tracked by Gaia and noticed that some of them wobbled on the sky, as if they were gravitationally influenced by massive objects. Several telescopes looked for the objects, but no light could be found, leaving only one possibility: black holes.
Gaia is an ambitious mission to chart a three-dimensional map of our Galaxy, the Milky Way, in the process revealing the composition, formation, and evolution of the Galaxy. Credit: ESA–D. Ducros, 2013
New population of black holes
Using data from ESA’s Gaia mission, astronomers have discovered not only the closest but also the second closest black hole to Earth. The black holes, Gaia BH1 and Gaia BH2, are respectively located just 1560 light-years away from us in the direction of the constellation Ophiuchus and 3800 light-years away in the constellation Centaurus. In galactic terms, these black holes reside in our cosmic backyard.
The two black holes were discovered by studying the movement of their companion stars. A strange ‘wobble’ in the movement of the stars on the sky indicated that they are orbiting a very massive object. In both cases, the objects are approximately ten times more massive than our Sun. Other explanations for these massive companions, like double-star systems, were ruled out since they do not seem to emit any light.
The ‘wobble’ of stars on the sky is caused by the gravitational attraction from other stars, exoplanets or black holes. In this image the attracting object is an exoplanet. Credit: ESA
Until recently, all the black holes astronomers knew of were discovered by emission of light – usually at X-ray and radio wavelengths – produced by material falling in. The new black holes are truly black and can only be detected by their gravitational effects. The distance of the stars to the black hole, and the orbits of the stars around them, are much longer than for other known binary systems of black holes and stars. Those closer star-black hole pairs, called X-ray binaries, tend to be very bright in X-ray and radio light, and thus easier to find. But the new discoveries suggest that black holes in wider binaries are more common.
“What sets this new group of black holes apart from the ones we already knew about is their wide separation from their companion stars. These black holes likely have a completely different formation history than X-ray binaries,” explains Kareem El-Badry, discoverer of the new black holes and researcher at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in the US and the Max-Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Germany.
ESA’nın Gaia görevi, yeni bir tür kara delik keşfetmeye yardımcı oldu. Yeni ailenin zaten iki üyesi var ve her ikisi de Dünya’ya bildiğimiz diğer tüm kara deliklerden daha yakın. İki kara delik, Gaia’nın üçüncü veri yayınındaki yıldız konumlarının ve hareketlerinin ultra hassas ölçümleri incelenerek keşfedildi. Gökyüzündeki iki yıldızın hareketindeki garip bir ‘yalpalama’, çok büyük bir nesnenin yörüngesinde döndüklerini gösterdi. Her iki durumda da, nesneler Güneşimizden yaklaşık on kat daha ağırdır. Bu devasa yoldaşlar için çift yıldız sistemleri gibi diğer açıklamalar, herhangi bir ışık yaymıyor gibi göründükleri için göz ardı edildi. Gaia’nın ikinci kara deliği BH2, Dünya’dan 3800 ışıkyılı uzaklıkta bulunuyor. Bir kırmızı dev yıldız ve muhtemelen bir kara delikten oluşan ikili bir sistemdir. Gaia Sky’da oluşturulan Gaia BH2’nin bu animasyonunda, yörüngeler doğru bir şekilde boyutlandırılmıştır, ancak arka delik çapı ölçekli değildir. Kredi: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO
Milyarlarca yıldızın hareketi
Kara delikler Gaia verileri kullanılarak keşfedildi. Gaia, milyarlarca yıldızın konumlarını ve hareketlerini doğru bir şekilde ölçer. Yıldızların gökyüzüne karşı hareketi, bu yıldızları yerçekimsel olarak etkileyen nesneler hakkında önemli ipuçları verebilir. Bu nesneler diğer yıldızları, dış gezegenleri ve ayrıca kara delikleri içerebilir.
“ kesinlik Gaia’nın verileri bu keşif için gerekliydi. Kara delikler, eşlik eden yıldızın etrafında dönerken küçük yalpalaması tespit edilerek bulundu. ESA’nın Gaia proje bilimcisi Timo Prusti, başka hiçbir enstrümanın bu tür ölçümleri yapma kapasitesi olmadığını söylüyor.
Gaia, hareketin üç yönde doğru ölçümlerini sağladı, ancak yıldızların nasıl uzaklaşıp bize doğru hareket ettiğini daha kesin olarak anlamak için ek radyal hız ölçümlerine ihtiyaç vardı. Yer tabanlı gözlemevleri bunları yeni bulunan kara delikler için sağladı ve bu, astronomların kara delikleri tespit ettikleri sonucuna varmak için son ipucunu verdi.
Görünmez kara delikler
Kara delikler genellikle tamamen görünmez değildir. Üzerlerine malzeme düştüğünde, radyo ve X-ışınlarında ışık yayabilir. Gaia’nın ikinci kara deliği için, NASAChandra X-ray Gözlemevi ve yerdeki Güney Afrika MeerKAT radyo teleskopu bu ışığı aradı, ancak herhangi bir sinyal tespit edemediler.
“Hiçbir şey tespit etmemiş olsak da, bu bilgi inanılmaz derecede değerli çünkü bize bir kara deliğin etrafındaki ortam hakkında çok şey anlatıyor. Yoldaş yıldızdan yıldız rüzgarı şeklinde çıkan birçok parçacık var. Ancak herhangi bir radyo ışığı görmediğimiz için, bu bize kara deliğin iyi bir yiyici olmadığını ve olay ufkunu çok fazla parçacık geçmediğini söylüyor. Bunun neden olduğunu bilmiyoruz ama öğrenmek istiyoruz!” İkinci kara deliğin keşfedilmesine yardımcı olan ve ABD’deki Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde astronom olan Yvette Cendes diyor.
Yeni tip karadelik herhangi bir ışık yaymıyor ve muhtemelen yoldaş yıldızlarından çok daha uzakta oldukları için onları neredeyse görünmez yapıyor. Gaia BH1 ve Gaia BH2, bilinen tüm kara deliklerin en geniş şekilde ayrılmış yörüngelerine sahiptir. Bunların aynı zamanda Dünya’ya en yakın bilinen kara delikler olmaları gerçeği, geniş ikili dosyalarda daha birçok benzer kara deliğin keşfedilmeyi beklediğini gösteriyor.
“Bu çok heyecan verici çünkü artık geniş yörüngelerdeki bu kara deliklerin aslında uzayda yaygın olduğunu ima ediyor – kara delik ve yıldızın daha yakın olduğu ikili dosyalardan daha yaygın. Ama sorun onları tespit etmekte. İyi haber şu ki, Gaia hala veri alıyor ve bir sonraki veri sürümü (2025’te), içinde gizemli kara delik arkadaşları olan bu yıldızlardan çok daha fazlasını içerecek,” diye açıklıyor Yvette.
Gaia’nın bir sonraki veri yayını, 66 aylık gözlemlere dayanacak ve yıldızların yörüngeleri hakkında geliştirilmiş bilgiler içerecek. Bu arada astronomlar geniş yörüngelerdeki bu karadeliklerin nereden geldiğini bulmakla meşgul olacaklar.
Kareem El-Badry şuna dikkat çekiyor: “Daha geniş sistemlerde kara deliklerin var olabileceğinden şüpheleniyorduk, ancak nasıl oluştuklarından emin değildik. Onların keşfi, ikili yıldız sistemlerinin evrimi hakkındaki teorilerimizi uyarlamamız gerektiği anlamına geliyor çünkü bu sistemlerin nasıl oluştuğu henüz net değil.”
“Gaia’nın Veri İşleme ve Analiz Konsorsiyumu, astrometrik ikili dosyaları kompakt eşlerle tanımlamak için yöntemler geliştiriyor. Tel Aviv Üniversitesi’nden ekip üyesi Tsevi Mazeh, bir sonraki Gaia veri yayınında iyi bir aday örneği sunmayı umuyoruz” diyor. Bilimsel topluluk, bu yeni uyuyan karadelik popülasyonunu daha da genişletmeyi dört gözle bekliyor.
13 Haziran 2022’de Gaia, ilk kez tek olmayan yıldız işlemesinin sonuçlarını yayınladı. Gaia ikili yıldız araştırması, son iki yüzyılda ikili yıldızlar üzerine yapılan tüm çalışmaları geride bırakıyor. Bu iki kara delik, 813.000’den fazla ikili yıldız sistemini içeren bu katalogdaki çözümlerden ikisinin araştırılmasıyla bulundu. Gaia Data Release 4’ün ikili yıldız çözümlerinin doğruluğunu daha da artırması ve muhtemelen takip için daha birçok heyecan verici adayı ortaya çıkarması bekleniyor.
Referans: Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, Yvette Cendes, Antonio C Rodriguez, Charlie Conroy, Eliot Quataert, Keith Hawkins, Eleonora Zari, Melissa Hobson, Katelyn Breivik, Arne Rau, “Bir kara deliğin yörüngesinde dönen kırmızı dev” Edo Berger, Sahar Shahaf, Rhys Seeburger, Kevin B Burdge, David W Latham, Lars A Buchhave, Allyson Bieryla, Dolev Bashi, Tsevi Mazeh ve Simchon Faigler, 30 Mart 2023, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stad799
