Onlarca yıldır gökbilimcileri şaşırtan Omega Centauri dev küresel yıldız kümesi, patlayan yıldızlardan geriye kalan kara deliklerle dolu olmasına rağmen bunlara dair kanıtlar oldukça azdı. Şimdi, NASA'nın Hubble Uzay Teleskobu'ndan alınan arşiv verilerini ve James Webb Uzay Teleskobu'ndan elde edilen gözlemleri kullanan bir gökbilim ekibi, bu kümedeki ilk yıldız kütleli kara deliği keşfetti. oMEGACat BH-2 adı verilen bu kara delik, kayıp kara delik popülasyonunun ilk halkası olarak kara delik oluşum teorilerinin yeniden şekillenmesine yardımcı olacak. Ekibin bulguları Pazartesi günü The Astrophysical Journal Letters dergisinde yayımlandı.
Omega Centauri, yerçekimiyle birbirine bağlı yaklaşık 10 milyon yıldızdan oluşuyor. Daha önce Hubble ile yapılan gözlemler, kümenin merkezinde bir orta kütleli kara delik olabileceğine işaret ederken, teorik modeller kümede yaklaşık 10 bin adet daha küçük, yıldız kütleli kara delik bulunması gerektiğini öngörüyordu. Ancak bu kara delikler, radyal hız yöntemi ya da kara deliklerin üzerine düşen maddeden yayılan radyo ve X-ışını emisyonlarını inceleyen önceki çalışmalarda tespit edilememişti.
Bu yeni keşif, astrometri olarak bilinen farklı bir yöntem sayesinde gerçekleşti. Gökbilimciler, yıldızların zaman içindeki çok küçük hareketlerini ölçerek, görünmez bir cismin yörüngesinde dönen bir yıldız tespit etti. Cismin kütlesi o kadar büyüktü ki, bunun ancak bir kara delik olabileceği sonucuna varıldı. oMEGACat BH-2, şaşırtıcı bir şekilde tahmin edilenden daha düşük bir kütleye sahip. Görünür yıldızıyla birlikte oluşturduğu ikili sistem, bugüne kadar bilinen en uzun yörünge periyoduna sahip kara delik ikilisi unvanını taşıyor.
Çalışmanın başyazarı Utah Üniversitesi'nden Matthew Whitaker, "Hubble ve Webb verileri sayesinde, bu ikili sistemin parçası olan görünür ana kol yıldızının hareketini görebildik. Bu yıldız, Omega Centauri'nin yoğun ortamında yaklaşık 18 bin ışık yılı uzaklıkta bulunuyor. Bu ölçümlerin hassasiyeti inanılmaz, Hubble ve Webb'in dedektörlerinde bir pikselin çok küçük bir kısmına kadar inebiliyor. Bu kara deliği bu iki uzay teleskobu olmadan bulmak mümkün olmazdı" dedi.
Hubble Uzay Teleskobu'ndan alınan bu görüntüde, Omega Centauri küresel yıldız kümesi ve keşfedilen kara deliğin yörüngesindeki yıldızın yakın plan detayı görülüyor. (Görsel: ESA, NASA, Maximilian Häberle - MPIA, Joseph DePasquale - STScI)
Ekibin bulguları, daha önce farklı bir bilim insanı grubunun bu ikili sistemin bir nötron yıldızı içerdiği yönündeki tahminini de çürüttü. 2002'den 2023'e kadar uzanan Hubble astrometrik ölçümlerini genişleten ve Webb'in kızılötesi verilerini ekleyerek hassasiyeti artıran Utah Üniversitesi liderliğindeki ekip, görünür yıldızın karanlık arkadaşının kütlesini daha kesin bir şekilde hesapladı. Çalışmanın ortak yazarlarından Anil Seth, "Yıldızın 0,78 güneş kütlesine sahip olduğunu zaten biliyorduk. Şimdi kara deliğin kütlesini 4,46 güneş kütlesi olarak hesaplayabiliyoruz. Bu, bir nötron yıldızı için fazla ağır. Ancak bu kütle, Omega Centauri gibi metalce fakir bir ortamda beklenenden çok daha düşük. Bu hem şaşırtıcı hem de heyecan verici. Artık metalce fakir bir yıldızın böyle bir kara delik oluşturabildiğini biliyoruz ve bunun nasıl olduğunu anlamamız gerekiyor. Bu keşif, bu tür modellemeler yapanlara önemli veriler sağlıyor" ifadelerini kullandı.
Hubble ve Webb'den gelen hassas veriler sayesinde ekip, yıldızın 20 yılı aşkın bir süre boyunca kara delik arkadaşına en yakın olduğu noktadaki (gökyüzünde en hızlı hareket ettiği an) yolunu haritalandırabildi. Kapsamlı veriler, görünür yıldızın oMEGACat BH-2'nin yörüngesini her 94 yılda bir tamamladığını gösteriyor. Bu süre, onu bilinen en uzun yörünge periyoduna sahip kara delik ikilisi yapıyor. Uzun yörünge periyodu aynı zamanda bu ikili sistemin kökenine dair ipucu veriyor. Sistem muhtemelen dinamik olarak oluştu; yani yıldız ve kara delik birlikte doğmadı, küme içinde birbirlerini buldular. Araştırmacılar, oMEGACat BH-2 benzeri bir sistemin, yakındaki yıldızlarla karşılaşmalar sonucu parçalanmadan önce bir milyar yıldan daha kısa bir süre hayatta kalacağını hesapladı. Bu süre, kümenin yaklaşık 12 milyar yıllık yaşına kıyasla oldukça kısa.
Seth, küresel yıldız kümelerindeki kara delik popülasyonlarını anlamanın önemine dikkat çekerek, "Küresel kümelerdeki kara delik popülasyonlarını anlamak önemli çünkü bunların fizikleri ve oluşumları hakkında belirsizlikler var. Daha spesifik olarak, kara deliklerin oluşum sürecini ve ardından dinamik olarak ikili sistemlerin nasıl oluştuğunu anlamak hayati önem taşıyor. Çünkü bu, kütleçekim dalgası olaylarını yorumlama ve anlama yeteneğimizi etkiliyor. Omega Centauri gibi ortamlar, ikili sistemlerin birleşerek bu dalgaları yarattığını düşündüğümüz birincil yerler arasında" dedi.
Hubble-Webb verileriyle yapılan bu keşif, küresel yıldız kümelerinde gizlenen kara delik popülasyonlarını bulmanın sadece başlangıcı. Whitaker, "Hubble ve Webb ile Omega Centauri'ye bakmaya ve benzer sistemleri diğer kümelerde de aramaya devam edebiliriz. Ayrıca NASA'nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu'nun fırlatılması için de heyecanlıyız. Çünkü bu teleskop, kalabalık galaktik şişkinliği, galaktik merkez de dahil olmak üzere, Hubble benzeri bir çözünürlükte ve çok daha geniş bir görüş alanıyla düzenli olarak görüntüleyecek. Roman'ın düzenli gözlemleri sayesinde bu tür kara delik ikili sistemlerini bulabileceğimizi umuyoruz" dedi.
Hubble Uzay Teleskobu, otuz yılı aşkın süredir faaliyet gösteriyor ve evrene dair temel anlayışımızı şekillendiren çığır açıcı keşifler yapmaya devam ediyor. Hubble, NASA ile Avrupa Uzay Ajansı (ESA) arasındaki uluslararası bir iş birliği projesidir. NASA'nın Maryland, Greenbelt'teki Goddard Uzay Uçuş Merkezi, teleskop ve görev operasyonlarını yönetiyor. Denver merkezli Lockheed Martin Space da Goddard'daki görev operasyonlarına destek veriyor. Baltimore'daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü, NASA adına Hubble bilim operasyonlarını yürütüyor.
