NASA teleskopları kara deliğin beslenme programını ortaya çıkarıyor

NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi ve Neil Gehrels Swift Gözlemevi’nin yanı sıra ESA’nın XMM-Newton’dan alınan yeni verileri kullanan bir araştırma ekibi, süper kütleli bir kara deliğin nasıl ve ne zaman madde elde edip tükettiğini anlamada önemli ilerleme kaydetti.

Bu sonuçları açıklayan bir makale görünür üzerinde arXiv ön baskı sunucusu ve yayınlanacak Astrofizik DergisiYazarlar: Dheeraj Passam (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü), Eric Coughlin (Syracuse Üniversitesi), Muryel Guolo (Johns Hopkins Üniversitesi), Thomas Wevers (Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü), Chris Nixon (Leeds Üniversitesi, İngiltere), Jason Hinkle (Hawaii Manoa Üniversitesi) ve Ananaya Bandopadhyay (Syracuse).

Yukarıdaki sanatçının izlenimi, AT2018fyk olarak bilinen sistemde böyle bir kara delik tarafından kısmen parçalanmış bir yıldızı göstermektedir. AT2018fyk’deki süper kütleli kara delik—güneşten yaklaşık 50 milyon kat daha fazla kütleye sahip—Dünya’dan yaklaşık 860 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan bir galaksinin merkezindedir.

Gökbilimciler, bir yıldızın AT2018fyk’deki kara deliğin etrafında oldukça eliptik bir yörüngede olduğunu ve kara delikten en uzak yaklaşma noktasının en yakın yaklaşma noktasından çok daha büyük olduğunu belirlediler. En yakın yaklaşması sırasında, kara delikten gelen gelgit kuvvetleri yıldızdan biraz malzeme çekerek “yıldız enkazı”ndan oluşan iki gelgit kuyruğu üretir.

İllüstrasyon, yıldız kısmen yok olduktan hemen sonra yörüngedeki bir noktayı, gelgit kuyruklarının hala yıldıza yakın olduğu zamanı göstermektedir. Yıldızın yörüngesinde daha sonra, parçalanan malzeme kara deliğe geri döner ve enerji kaybeder, bu da yörüngede daha sonra meydana gelen X-ışını parlaklığında büyük bir artışa yol açar (burada gösterilmemiştir).

Bu süreç, yıldızın en yakın yaklaşma noktasına her dönüşünde tekrarlanır, bu da yaklaşık olarak her 3,5 yıldır. İllüstrasyon, yıldızı ikinci yörüngesinde ve ilk gelgit karşılaşmasının bir yan ürünü olarak üretilen kara deliğin etrafındaki X-ışını yayan gaz diskini tasvir eder.

Araştırmacılar, optik yer tabanlı ASAS-SN araştırması sistemin çok daha parlak hale geldiğini tespit ettiğinde 2018’de AT2018fyk’yi not aldılar. NASA’nın NICER ve Chandra ve XMM-Newton ile gözlemledikten sonra, araştırmacılar parlaklıktaki artışın bir “gelgitsel bozulma olayı” veya TDE’den kaynaklandığını belirlediler. Bu, bir yıldızın bir kara deliğe çok yakın uçtuktan sonra tamamen parçalandığını ve kısmen yutulduğunu işaret ediyor. AT2018fyk’nin Chandra verileri, daha geniş bir görüş alanının optik görüntüsünün ekinde gösterilmektedir.

Yok edilen yıldızdan gelen malzeme kara deliğe yaklaştığında daha sıcak hale geldi ve X-ışını ve morötesi (UV) ışık üretti. Bu sinyaller daha sonra zayıfladı ve kara deliğin sindirebileceği hiçbir şey kalmadığı fikrini destekledi.

Ancak, yaklaşık iki yıl sonra, galaksiden gelen X-ışını ve UV ışığı tekrar çok daha parlak hale geldi. Gökbilimcilere göre, bu, yıldızın muhtemelen kara deliğin ilk çekimsel tutuşundan sağ çıktığı ve ardından kara delikle oldukça eliptik bir yörüngeye girdiği anlamına geliyordu. Kara deliğe ikinci yakın yaklaşımı sırasında, daha fazla malzeme çekildi ve daha fazla X-ışını ve UV ışığı üretildi.

Bu sonuçlar 2023 yılında yayınlanan bir makalede yayınlandı Astrofizik Dergisi Mektupları Uzay Teleskobu’ndan Thomas Wevers liderliğinde Bilim Baltimore’daki Enstitü.

“Başlangıçta bunun bir kara deliğin bir yıldızı tamamen parçaladığı sıradan bir durum olduğunu düşündük,” dedi Wevers. “Ancak bunun yerine yıldızın bir gün daha ölmek için yaşadığı anlaşılıyor.”

Wevers ve ekibi, yıldız ve yörüngesi hakkında öğrendiklerinden yola çıkarak kara deliğin ikinci öğününün 2023 Ağustos’unda sona ereceğini öngördüler ve kontrol etmek için Chandra gözlem zamanına başvurdular.

“Bu yıldız atıştırmalığının sonunun habercisi, X-ışınlarında ani bir düşüş olurdu ve 14 Ağustos 2023’te Chandra gözlemlerimizde gördüğümüz şey tam olarak budur,” dedi bu sonuçlarla ilgili yeni makalenin lideri olan Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Dheeraj Pasham. “Verilerimiz, geçen yılın Ağustos ayında kara deliğin esasen ağzını sildiğini ve masadan geri ittiğini gösteriyor.”

Chandra ve Swift’in 2023 tarihli makalenin tamamlanmasından sonra elde ettiği yeni veriler, araştırmacılara yıldızın bir yörüngeyi tamamlamasının ne kadar sürdüğüne ve kara deliğin gelecekteki yemek saatlerine dair daha da iyi bir tahmin sunuyor. Yıldızın kara deliğe en yakın yaklaşımını yaklaşık üç buçuk yılda bir yaptığını tespit ediyorlar.

“Kara deliğin üçüncü yemeğinin, eğer yıldızdan geriye bir şey kaldıysa, 2025’in Mayıs ve Ağustos ayları arasında başlayacağını ve neredeyse iki yıl süreceğini düşünüyoruz,” diyor New York’taki Syracuse Üniversitesi’nden yeni makalenin ortak yazarlarından Eric Coughlin. “Bu muhtemelen tam bir yemekten çok bir atıştırmalık olacak çünkü ikinci yemek birinciden daha küçüktü ve yıldız azalıyor.”

Yazarlar, mahvolmuş yıldızın başlangıçta kara deliğe yaklaşırken bir arkadaşı daha olduğunu düşünüyorlar. Ancak yıldız çifti kara deliğe çok yaklaştığında, kara deliğin çekimi iki yıldızı birbirinden ayırdı. Biri kara delikle yörüngeye girdi ve diğeri yüksek hızda uzaya fırlatıldı.

“Mahkum yıldız, yoldaşlarında köklü bir değişiklik yapmak zorunda kaldı – başka bir yıldızdan dev bir kara deliğe,” dedi Baltimore’daki Johns Hopkins Üniversitesi’nden ortak yazar Muryel Guolo. “Yıldız eşi kaçtı, ama o kaçamadı.”

Ekip, böylesine egzotik bir sistemin davranışını incelemek için AT2018fyk’yi olabildiğince uzun süre takip etmeyi planlıyor.