Pulsarlar, Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin haritasını çıkarmaya yardımcı olabilir

Einstein tarafından bir asırdan uzun bir süre önce önerilen genel görelilik teorisi (GR), tüm zamanların en iyi bilinen bilimsel varsayımlarından biri olmaya devam ediyor. Büyük kütleli nesnelerin mevcudiyetinde uzay-zaman eğriliğinin nasıl değiştiğini açıklayan bu teori, en yaygın kabul gören kozmolojik modellerimizin temel taşı olmaya devam ediyor. GR, Pazar gününden bu yana dokuz şekilde ve akla gelebilecek en aşırı koşullar altında doğrulandığından, bu şaşırtıcı gelmemeli. Özellikle bilim adamları, Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara delik olan Sagittarius A*’yı (Sgr A*) kullanarak GR’yi test etmek için çeşitli gözlem kampanyaları düzenlediler.

Geçen yıl, gökbilimciler ve gözlemevlerinden oluşan uluslararası bir konsorsiyum olan Event Horizon Telescope (EHT), bir SMBH’nin (M87) ilk görüntülerinin yayınlanmasından sadece iki yıl sonra Sag A*’nın ilk görüntülerini aldıklarını duyurdu. ). 2014 yılında, EHT’nin Avrupalı ​​üyeleri, radyo görüntüleme, pulsar gözlemleri, astrometri ve GR’nin bir kombinasyonunu kullanarak SMBH’leri daha iyi anlamak için BlackHoleCam olarak bilinen başka bir girişim başlattı. Yakın tarihli bir makalede, BHC girişimi Sgr A* etrafında dönen pulsarları gözlemleyerek GR’yi nasıl test ettiklerini açıkladı.

BlackHoleCam konsorsiyumu, Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü (MPIFR), Milimetre Radyo Astronomi Enstitüsü (IRAM), Kavli Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü (KIAA), Manchester Üniversitesi Jodrell Bank Astrofizik Merkezi’nden araştırmacılardan oluşur. (JBCA), Radboud Üniversitesi Matematik, Astrofizik ve Parçacık Fiziği Enstitüsü (IMAPP) ve Goethe Üniversitesi Teorik Fizik Enstitüsü. MPIFR’den doktora sonrası araştırmacı Ralph P. Eatough liderliğindeki çalışma şu adreste mevcuttur: arXiv ön baskı sunucusu.

Makalelerinde belirttikleri gibi, gökbilimciler kırk yılı aşkın bir süredir ikili nötron yıldız sistemlerini gözlemlemişlerdir. Yıldızlardan birinin veya her ikisinin aktif radyo pulsarları olduğu bu sistemlerde, hassas yerçekimi testleri mümkün olmuştur. Benzer şekilde, Sgr A* etrafında yakın bir yörüngede bulunan bir pulsar, GR tarafından yapılan tahminleri ve başka türlü ölçülemeyen özellikleri test etmek için ideal bir laboratuvar olacaktır. Bu, oluşan bir kara deliği oluşturan maddenin erişilemez olduğunu belirten saçsızlık teoremini ve GR’deki tekilliklerin yapısı hakkında teoriler üreten kozmik sansür varsayımını (CCC) içerir.

Son birkaç on yılda, galaktik merkezin (GC) yaklaşık 240 ışıkyılı (~73 parsek) yakınında bulunan pulsarlar için birkaç araştırma yapılmıştır. 2013 yılında, çoklu dalga boylarında PSR J1745–2900’ün (radyo yayan bir magnetar) saptanmasıyla bu alandaki pulsar popülasyonu toplam altıya çıkarıldı. Bunu yapan ilk ekipler, gama ışını emisyonlarını tespit etmek için Neil Gehreles Swift ve NuSTAR gözlemevlerine güvenirken, iki ekip daha (biri Eatough liderliğindeki) radyo teleskopları kullanarak onu inceledi. Radyo teleskoplarındaki ve veri analizindeki son gelişmeler, GC pulsar aramaları için ek alanlar bulmuştur.

Bir teknik, “normalden daha yüksek” frekanslarda – on gigahertz’den (GHz) daha fazla – ve daha uzun entegrasyon uzunluklarında pulsarları aramaktır. Bu, GC içindeki nesneler için en yüksek olan yıldızlararası dağılma ve saçılma etkilerini azaltır. Ne yazık ki, bu aramalar pulsarların yüksek emisyon spektrumu ile sınırlı olduğundan ve daha yüksek bir sinyal-gürültü oranına yol açtığından, bu yaklaşımın bir ödünleşimi vardır. Bu, GC’de ikili pulsarlar için araştırmaları çok zorlaştırabilir ve aramaları daha düz spektrumlara sahip izole edilmiş pulsarlarla sınırlandırabilir.

Neyse ki, BlackHoleCam ekibi ve EHT Konsorsiyumu üyeleri, dünyanın en büyük ve en hassas teleskoplarını (milimetre dalga boylarında çalışan) kullanarak bu kısıtlamaların üstesinden gelmeyi hedefliyor. Buna Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi (ALMA), Caltech Milimetre-altı Gözlemevi (CSO), Kitt Peak Ulusal Gözlemevi (KPNO), Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM), Institut de Radioastronomie Millimétrique 30-m radyo teleskop dahildir (IRAM) ve EHT’nin omurgasını oluşturan diğer enstrümanlar.

Bu bağlamda, Sgr A*’nın ilk görüntüsünü çekmek için kullanılan teknolojinin aynısı, onun yörüngesinde dönen ikili pulsarları tespit etmek için kullanılacaktır. Ayrıca aynı metodolojiye inecektir: çok uzun temel interferometri (VLBI). Bu, birlikte çalışan ve daha yüksek çözünürlüklü görüntüler oluşturmak için verileri birleştiren çok sayıda radyo teleskopundan oluşur. Şimdiye kadar çoğu pulsar araması, EHT’nin en hassas unsuruna dayanıyordu: “tamamen aşamalı” ALMA.

Ancak Eatough ve ekibi, bunun BlackHoleCam ile değişeceğini yazdı, “çünkü hem EHT VLBI görüntüleme hem de pulsar gözlemleri, her dizi öğesinden aynı ham veri ürününü kullanabilir, EHT VLBI ve pulsar gözlemleri ortak olabilir… Gelecekte, kullanmayı tasavvur edebiliriz. hassasiyeti daha da artırmak veya sahaya özel girişim kontaminasyonunu azaltmak için EHT’nin en büyük bileşenlerinden oluşan aşamalı bir dizi.”

Her zaman olduğu gibi, astronomideki gelişmeler, orijinal görevin ötesine geçen yeni çalışma fırsatları yaratıyor. Başlangıçta galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara deliklerin (SMBH’ler) olay ufkunu görüntülemek için tasarlanan EHT, yeni nesil interferometri araştırmaları için kapıları açtı. Önümüzdeki yıllarda, bu dizilerin sunduğu benzersiz hassasiyet, fizik yasalarını en aşırı koşullar altında test edebilir ve evreni yöneten yasalara ilişkin yeni içgörüler sağlayabilir.