Gökbilimciler şimdiye kadar bulunan en ağır kara delik çiftini ölçüyor

Gemini North teleskopunun arşiv verilerini kullanan bir gökbilimci ekibi, şimdiye kadar bulunan en ağır süper kütleli kara delik çiftini ölçtü. İki süper kütleli kara deliğin birleşmesi uzun zamandır tahmin edilen ancak hiç gözlemlenmeyen bir olgudur. Bu devasa çift, evrende böyle bir olayın neden bu kadar olası görünmediğine dair ipuçları veriyor.

Neredeyse her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. İki galaksi birleştiğinde kara delikleri ikili bir çift oluşturabilir, bu da birbirlerine bağlı bir yörüngede oldukları anlamına gelir. Bu ikili dosyaların eninde sonunda birleşeceği varsayılıyor, ancak bu hiçbir zaman gözlemlenmedi. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu onlarca yıldır gökbilimciler arasında bir tartışma konusu olmuştur.

yakın zamanda yayınlanan kağıt girişi Astrofizik DergisiBir gökbilimci ekibi bu soruya yeni bir bakış açısı sundu.

Ekip, eliptik gökada B2 0402+379 içinde yer alan süper kütleli bir kara delik ikilisini analiz etmek için, NSF’nin NOIRLab’ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin yarısı olan Hawai’i’deki Gemini Kuzey teleskopundan elde edilen verileri kullandı. Bu, her iki nesneyi ayrı ayrı görmeye yetecek ayrıntıda çözümlenen tek süper kütleli kara delik ikilisidir ve şimdiye kadar doğrudan ölçülen en küçük mesafeye (yalnızca 24 ışıkyılı) sahip olma rekorunu elinde tutmaktadır. Bu yakın ayrılık güçlü bir birleşmenin habercisi olsa da, daha ileri araştırmalar, çiftin üç milyar yıldan fazla bir süredir bu mesafede durduğunu ve şu soruyu akla getirdiğini ortaya çıkardı: Sorun nedir?

Bu sistemin dinamiklerini ve durdurulan birleşmesini daha iyi anlamak için ekip, Gemini North’un Gemini Çok Nesneli Spektrografından (GMOS) elde edilen ve kara deliklerin yakınındaki yıldızların hızını belirlemelerine olanak tanıyan arşiv verilerine baktı.

Stanford Üniversitesi fizik profesörü ve makalenin ortak yazarı Roger Romani, “GMOS’un mükemmel duyarlılığı, galaksinin merkezine yaklaştıkça yıldızların artan hızlarını haritalandırmamıza olanak sağladı” dedi. “Bununla orada bulunan kara deliklerin toplam kütlesini çıkarabildik.”

Ekip, çiftin kütlesinin Güneş’in kütlesinin 28 milyar katı olduğunu tahmin ediyor ve bu da çifti şimdiye kadar ölçülen en ağır ikili kara delik olarak nitelendiriyor. Bu ölçüm yalnızca ikili sistemin oluşumu ve ona ev sahipliği yapan galaksinin tarihi hakkında değerli bir bağlam sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda süper kütleli bir ikili kara deliğin kütlesinin potansiyel bir birleşmeyi durdurmada önemli bir rol oynadığına dair uzun süredir devam eden teoriyi de destekliyor.

Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin NSF program direktörü Martin Still, “Uluslararası Gemini Gözlemevi’ne hizmet veren veri arşivi, keşfedilmemiş bilimsel keşiflerden oluşan bir altın madenini barındırıyor” diyor. “Bu aşırı süper kütleli ikili kara deliğin kütle ölçümleri, bu zengin arşivi araştıran yeni araştırmaların potansiyel etkisinin hayranlık uyandıran bir örneğidir.”

Bu ikilinin nasıl oluştuğunu anlamak, birleşip birleşmeyeceğini ve ne zaman birleşeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir ve bir avuç ipucu, çiftin çoklu galaksi birleşmeleri yoluyla oluştuğuna işaret ediyor. Birincisi, B2 0402+379’un bir “fosil kümesi” olması, yani tüm bir galaksi kümesindeki yıldız ve gazın tek bir büyük galakside birleşmesinin sonucu olduğu anlamına geliyor. Ek olarak, iki süper kütleli kara deliğin varlığı, bunların büyük birleşik kütleleriyle birleştiğinde, bunların birden fazla galaksideki birden fazla küçük kara deliğin birleşmesinden kaynaklandığını gösteriyor.

Galaktik birleşmenin ardından süper kütleli kara delikler kafa kafaya çarpışmaz. Bunun yerine, sınırlı bir yörüngeye yerleşirken birbirlerinin yanından sapanla geçmeye başlarlar. Yaptıkları her geçişte kara deliklerden çevredeki yıldızlara enerji aktarılıyor. Enerji kaybettikçe çift, aralarında yalnızca ışık yılı mesafe kalana kadar giderek daha da yakına sürüklenir; burada yerçekimsel radyasyon devreye girer ve birleşirler. Bu süreç yıldız kütleli kara delik çiftlerinde doğrudan gözlendi (ilk kaydedilen örnek 2015’te yerçekimsel dalgaların tespiti yoluyla gerçekleşti), ancak hiçbir zaman süper kütleli türden bir ikilide gözlemlenmedi.

Sistemin son derece büyük kütlesine dair yeni bilgiler edinen ekip, ikili sistemin yörüngesini bu kadar yakına getirecek kadar yavaşlatmak için olağanüstü derecede fazla sayıda yıldıza ihtiyaç duyulacağı sonucuna vardı. Bu süreçte kara delikler çevrelerindeki neredeyse tüm maddeyi dışarı atmış, galaksinin çekirdeğini yıldızlardan ve gazdan yoksun bırakmış gibi görünüyor. Paritenin yörüngesini daha da yavaşlatacak daha fazla malzeme olmadığından birleşmeleri son aşamalarında durdu.

Romani, “Normalde, daha hafif kara delik çiftlerine sahip galaksilerin, ikisini hızla bir araya getirmeye yetecek kadar yıldız ve kütleye sahip olduğu görülüyor” dedi. “Bu çift çok ağır olduğundan işin yapılması için çok sayıda yıldız ve gaz gerekiyordu. Ancak ikili, merkezi galaksiyi bu tür maddeden temizleyerek onu çalışmamız için sabit ve erişilebilir hale getirdi.”

Çiftin durgunluğunun üstesinden gelip milyonlarca yıllık zaman dilimlerinde birleşip birleşmeyeceği, yoksa sonsuza kadar yörünge belirsizliğinde mi devam edeceği henüz belirlenmedi. Eğer birleşirlerse ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yıldız kütleli kara delik birleşmelerinin ürettiği dalgalardan yüz milyon kat daha güçlü olacaktır.

Çiftin bu son mesafeyi, çiftin yörüngesini birleşmeye yetecek kadar yavaşlatacak şekilde sisteme ek malzeme veya potansiyel olarak üçüncü bir kara delik enjekte edecek başka bir galaksi birleşimi yoluyla fethetmesi mümkündür. Ancak B2 0402+379’un fosil kümesi statüsü göz önüne alındığında, başka bir galaktik birleşme pek mümkün görünmüyor.

Stanford lisans öğrencisi ve makalenin baş yazarı Tirth Surti, “B2 0402+379’un çekirdeğinde ne kadar gaz bulunduğunu inceleyeceğimiz takip araştırmalarını sabırsızlıkla bekliyoruz” diyor. “Bu bize süper kütleli kara deliklerin sonunda birleşip birleşemeyeceği veya ikili olarak mahsur kalıp kalmayacakları konusunda daha fazla fikir verecektir.”