OJ 287 galaksisinin tahmini 2022 Ekim patlamasının olmaması ve bunun sonuçları

Stefanie Komossa (MPIfR Bonn, Almanya) liderliğindeki bir araştırma grubu, Effelsberg teleskobu ve Swift Gözlemevi gibi teleskoplarla bugüne kadarki en yoğun ve en uzun radyodan yüksek enerjiye geçiş gözlemlerine dayanan OJ 287 gökadası hakkında yeni sonuçlar sunuyor.

Sonuçlar, birincil kara delik için galaksinin merkezinde 100 milyon güneş kütlesinden daha küçük bir kütleye sahip bir çift kara delik lehinedir. En son büyük OJ 287 patlamasının görünürdeki yokluğu ve ana patlamalar sırasında çok tartışılan emisyon mekanizması da dahil olmak üzere birçok olağanüstü gizem bu şekilde çözülebilir.

Blazarlar, merkezi süper kütleli karadeliklerinin hemen yakınında fırlatılan güçlü, uzun ömürlü göreceli parçacık jetlerine ev sahipliği yapan galaksilerdir.

İki galaksi çarpıştığında ve birleştiğinde, süper kütleli ikili kara delikler oluşur. Bu ikili dosyalar büyük ilgi görüyor çünkü galaksilerin evriminde ve süper kütleli kara deliklerin büyümesinde kilit bir rol oynuyorlar. Dahası, birleşen ikili dosyalar, evrenin en gürültülü yerçekimi dalgaları kaynaklarıdır. Gelecekteki ESA temel taşı görevi LISA (Lazer İnterferometre Uzay Anteni), yerçekimi dalgası spektrumundaki bu tür dalgaları doğrudan tespit etmeyi amaçlamaktadır. Süper kütleli ikili kara delik sistemleri arayışı şu anda tüm hızıyla devam ediyor.

OJ 287, yaklaşık 5 milyar ışıkyılı uzaklıkta Yengeç takımyıldızı yönünde parlak bir blazardır. Kompakt bir ikili süper kütleli kara deliği barındırmak için en iyi adaylardan biridir. Her 11 ila 12 yılda bir tekrarlanan istisnai radyasyon patlamaları, OJ 287’nin şöhret iddiasıdır. Bunlardan bazıları o kadar parlak ki, OJ 287 geçici olarak türünün en parlak kaynağı haline geliyor. Tekrarlayan patlamaları o kadar dikkat çekicidir ki literatürde bunları açıklamak için birkaç farklı ikili model önerilmiş ve tartışılmıştır.

Sistemdeki ikinci kara delik, diğer daha büyük kütleli kara deliğin yörüngesinde dönerken, daha büyük kütleli kara deliğin ya jetini ya da toplanma diskini etkileyerek sistemin ışık çıkışına yarı-periyodik sinyaller empoze eder.

Bununla birlikte, şimdiye kadar kara delik kütlesinin doğrudan bağımsız bir tespiti yoktu ve modellerin hiçbiri sistematik gözlem kampanyalarında kritik bir şekilde test edilemedi çünkü bu kampanyalar, birçok farklı frekansta radyasyon içeren geniş bant kapsama alanından yoksundu.

İlk kez, birden fazla eşzamanlı X-ışını, UV ve radyo gözleminin yanı sıra optik ve gama ışını bantları artık kullanıldı. Yeni bulgular, X-ışınları içeren tüm blazarlar arasında en yoğun ve en uzun ömürlü çok frekanslı izleme projelerinden biri olan ve şimdiye kadarki en yoğun olan MOMO projesi (“OJ 287’nin Çoklu Dalga Boyu Gözlemleri ve Modellemesi”) tarafından mümkün kılındı. OJ 287.

Max Planck Enstitüsü’nden Stefanie Komossa, “OJ 287, en aşırı astrofiziksel ortamlardan birinde hüküm süren fiziksel süreçleri incelemek için mükemmel bir laboratuvardır: bir veya iki süper kütleli kara deliğin yakın çevresindeki madde diskleri ve jetleri” diyor. Radyo Astronomi (MPIfR), burada sunulan iki çalışmanın ilk yazarıdır. “Bu nedenle, MOMO projesini başlattık. OJ 287’nin radyodan yüksek enerji rejimine kadar 14’ten fazla frekansta yıllarca süren yüksek kadanslı gözlemlerinden ve ayrıca çok sayıda yer ve uzay tabanlı tesiste özel takiplerden oluşur. blazar istisnai durumlarda bulunduğunda.”

Bir çalışma yayınlandı Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri: Mektuplar ve diğeri Astrofizik Dergisi.

MPIFR’den ortak yazar Alex Kraus, “Binlerce veri seti zaten alınmış ve analiz edilmiştir. Bu, OJ 287’yi UV-X-ışını radyo rejiminde şimdiye kadarki en iyi izlenen blazarlardan biri olarak öne çıkarıyor” diye ekliyor. “Effelsberg radyo teleskopu ve Swift uzay görevi, projede merkezi bir rol oynuyor.”

Effelsberg teleskobu geniş bir radyo frekansı aralığında bilgi sağlarken, Neil Gehrels Swift gözlemevi eş zamanlı UV, optik ve X-ışını verileri elde etmek için kullanılıyor. Maunakea/Hawaii’deki Fermi Gamma-Ray Uzay Gözlemevi’nden yüksek enerjili gama ışını verileri ve ayrıca Submillimeter Array’den (SMA) radyo verileri eklendi.

Jet, parlak yapısı nedeniyle OJ 287’nin elektromanyetik emisyonuna hakimdir. Jet o kadar parlaktır ki, birikim diskinden gelen radyasyonu (kara deliğe düşen maddenin radyasyonu) gölgede bırakarak, sanki doğrudan bir araba farına bakıyormuş gibi, birikim diskinden emisyonu gözlemlemeyi zorlaştırır hatta imkansız hale getirir.

Ancak, OJ 287’nin ışık çıkışını yoğun bir şekilde kaplayan çok sayıda MOMO gözlemi nedeniyle (Swift ile neredeyse her gün yeni bir gözlem), “derin sönümlemeler” keşfedildi. Bunlar, jet emisyonunun hızla kaybolduğu ve araştırmacıların birikim diskinden emisyonu kısıtlamasına izin verdiği zamanlardır.

Sonuçlar, kara deliği çevreleyen madde diskinin daha önce düşünülenden en az 10 kat daha sönük olduğunu ve parlaklığının 2 x 10’dan fazla olmadığı tahmin ediliyor.⁴⁶ erg/s, güneşimizin parlaklığının yaklaşık 5 trilyon katına karşılık gelir (5 x 10¹² Lʘ).

İlk kez OJ 287’nin birincil kara deliğinin kütlesi, kara deliğe bağlı gaz halindeki maddenin hareketinden elde edildi. Kütle, güneşimizin kütlesinin 100 milyon katı kadardır. “Bu sonuç çok önemlidir, çünkü bu ikili sistemin evrimini inceleyen modellerde kütle önemli bir parametredir: Kara delikler ne kadar uzaktalar, ne kadar hızlı birleşecekler, yerçekimi dalga sinyalleri ne kadar güçlü?” Kuzey Kentucky Üniversitesi’nden (ABD) Dirk Grupe, her iki çalışmada da ortak yazar olduğunu söylüyor.

Thomas Krichbaum, “Yeni sonuçlar, OJ 287’nin 10 milyar güneş kütlesini aşan olağanüstü büyük bir kara deliği kütlesinin artık gerekli olmadığını gösteriyor; kara deliğin üzerine yığılan özellikle parlak bir madde diski de gerekli değil” diye ekliyor. MPIFR’nin ortak yazarı ApJ kağıt. Sonuçlar, daha mütevazı bir kütlenin ikili modelini desteklemektedir.

Çalışma aynı zamanda iki eski bilmeceyi de çözüyor: OJ 287’nin ünlü olduğu en son parlak patlamaların görünürdeki yokluğu ve patlamaların arkasındaki emisyon mekanizması. MOMO gözlemleri, en son patlamanın kesin zamanlamasını sağlar. “Devasa kütle” modelinin tahmin ettiği gibi Ekim 2022’de değil, MOMO’nun kapsamlı bir şekilde kapsadığı 2016–2017’de gerçekleşti. Ayrıca, Effelsberg 100 m teleskopu ile yapılan radyo gözlemleri, bu patlamaların doğası gereği termal olmadığını ortaya koyuyor, bu da patlamaların güç kaynağının jet işlemleri olduğunu ima ediyor.

MOMO sonuçları, Event Horizon Telescope ve gelecekte SKA Gözlemevi gibi büyük büyük gözlemevlerini kullanan ek ikili sistemler için devam eden ve gelecekteki arama stratejilerini etkiler. OJ 287 ve benzeri sistemlerdeki ikili kaynakların doğrudan radyo algılaması ve uzamsal çözünürlüğünün yanı sıra gelecekte bu sistemlerden yerçekimi dalgalarının algılanmasını sağlayabilirler. OJ 287, 100 milyon güneş kütlesi türetilmiş kara delik kütlesi nedeniyle artık pulsar-zamanlama dizileri için bir hedef olarak hizmet etmeyecek, ancak gelecekteki uzay tabanlı gözlemevlerinin menzili içinde olacak (birleşme üzerine).

“Sonuçlarımız, ikili süper kütleli kara delik sistemlerinin teorik modellemesi ve bunların evrimi, süper kütleli kara deliklerin çevresinde maddenin toplanma ve fırlatma fiziğini anlamak ve genel olarak ikili sistemlerin elektromanyetik olarak tanımlanması için güçlü çıkarımlara sahiptir” diyor. Stefanie Komossa.

MOMO arkaplanı

MOMO (Multiwavelength Observations and Modeling of OJ 287): proje, blazar OJ 287’nin disk jet fiziğini anlamayı, ikili kara delik modellerini test etmeyi ve kompakt ikili sistemlerin durumunu ve gelişimini anlamayı amaçlıyor. 2015 yılında kuruldu ve OJ 287 galaksisinin radyodan yüksek enerji rejimine kadar özel yüksek tempolu, çok yıllı, çok frekanslı gözlemlerinden oluşuyor. Gözlemler, günde bir kez kadar yüksek bir kadansta gerçekleştirilir. MOMO, OJ 287’nin tüm aktivite durumlarını kapsar. OJ 287’nin istisnai durumlarında, optik ve X-ışını rejiminde derin spektroskopi dahil olmak üzere ek yer ve uzay tabanlı teleskoplarda takip gözlemleri gerçekleştirilir.

Effelsberg Gözlemevi, Bonn’un yaklaşık 40 km güneybatısında, Bad Münstereifel-Effelsberg yakınlarındaki Eifel dağlarındaki bir vadide yer almaktadır. Bonn’daki Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü tarafından işletilmektedir. 100 m radyo teleskopu, dünyadaki en büyük tamamen yönlendirilebilir tek çanak radyo teleskoplarından biridir. 300 MHz ile 90 GHz arasındaki geniş bir radyo frekansı aralığında ölçüm yapılmasına izin verir.

Neil Gehrels Swift Gözlemevi, gama ışını patlamalarını ve oldukça değişken radyasyona sahip çok çeşitli diğer astrofiziksel nesneleri incelemeye adanmış, uzay tabanlı, çok dalga boylu bir gözlemevidir. Uydu, optik, UV, X-ışını ve gama-ışını bantlarında ölçüm yapan üç teleskopa sahiptir. Swift, NASA’nın orta kaşif (MIDEX) programının bir parçasıdır ve 2004 yılında alçak Dünya yörüngesine fırlatılmıştır.