Bilim insanları, kara deliklerin uzaya devasa jetler fırlattığı anları açıklayabilecek ve tahmin etmeye yardımcı olabilecek gizli bir kural keşfetti.
Kara deliklerin kütlesi çok farklı olsa da güçlü jetleri aynı evrensel kurala göre başlattığı ortaya çıktı. Bu buluş, bazı kara deliklerin bir yıldızı yuttuktan yıllar sonra neden aniden püskürdüğünü açıklayabilir ve gökbilimcilerin bu gösterişli patlamaları ne zaman olacağını tahmin etmesine yardımcı olabilir.
Gökbilimciler, kara deliklerin uzaya güçlü madde jetleri fırlattığı anı belirleyen şaşırtıcı bir kural keşfetti. Kara delikler kütle olarak milyonlarca kat farklılık gösterse de araştırmacılar, bu devasa kozmik akışları üretirken aynı temel deseni izlediklerini buldu.
Nature Astronomy’de yayımlanan keşif, kara deliklerin beslenme döngüsünün aynı kritik aşamasında jetlerini harekete geçirebileceğini öne sürüyor; bu durum Güneş’ten yaklaşık 10 kat daha ağır olanlardan milyonlarca kat daha büyük olanlara kadar geçerli.
Araştırmayı, Curtin Üniversitesi Uluslararası Radyo Astronomi Araştırma Merkezi’nden astrofizikçi Dr. Adelle Goodwin ve Forrest Araştırma Vakfı Üyesi ile Princeton’daki İleri Araştırma Enstitüsü’nden ortak yazar Dr. Andrew Mummery önderlik etti.
Çığır açan bulgu, süper kütleli kara deliklerin yıldızları parçaladığı olağandışı olayları yıllarca incelemeden doğdu. Bilim insanları Avustralya, ABD, Hindistan, Güney Afrika ve uzaydaki teleskoplardan gelen gözlemleri birleştirerek kara deliklerin maddeyi tüketirken nasıl davrandığının daha net bir resmini ortaya koydu.
Şaşırtıcı biçimde kilit fikir bir teleskop incelemesi sırasında değil, Madrid’de bilimsel bir konferansa katılan Goodwin ve Mummery’nin bir barda sohbet ettiği sırada geldi. Bu konuşmada, nispeten küçük kara deliklerde jet oluşumunu yönettiği bilinen aynı kuralın süper kütleli muadillerine de uygulanıyor gibi göründüğünü fark ettiler.
Neden bazı kara delikler yıldızları yuttuktan yıllar sonra püskürüyor
Araştırmacıların açıklamak istediği en büyük gizemlerden biri, kara deliklerin jetleri her zaman aynı anda neden fırlatmadığıydı.
Süper kütleli bir kara delik bir yıldığı parçaladığında bazen hemen güçlü bir jet üretiyor. Diğer durumlarda kara delik aylarca hatta yıllarca nispeten sessiz kalıp sonra aniden saptanabilir bir radyo akışı üretiyor.
Dr. Goodwin, “Bu olaylara bakıyor ve zamanlamanın neden bu kadar farklı olduğunu soruyorduk” dedi.
“Sonra desen netleşti. Gecikmeli jetler, kara deliğin beslenme hızı çok daha küçük kara deliklerde bilinen aynı kritik noktaya düştüğünde ortaya çıkıyordu.
“İşte o anda bunun tek bir kara delik türünün tuhaflığı olmadığını, Evren genelinde geçerli görünen bir kural olduğunu fark ettik.”
Kara delikler genellikle çevredeki her şeyi emen kozmik süpürgeler olarak tasvir edilse de beslenme davranışları çok daha karmaşık.
Maddenin kara deliğe doğru girdaplaştıkça, hepsi olay ufku ötesine kaybolmuyor. Bazı madde güçlü jetler ve diğer akışlarla uzaya da püskürtülebiliyor.
Dr. Goodwin, “Bir kara delik bir yıldızı parçaladığında her şeyi tertemiz yutmuyor” dedi.
“Maddenin bir kısmı tüketiliyor, bir kısmı güçlü jetler ve akışlarla uzaya fırlatılıyor.
“Bunu bir kara delik geğirmesi gibi düşünebilirsiniz; sadece bu geğirmeler maddeyi muazzam mesafelere fırlatabiliyor ve çevrelerindeki galaksileri etkileyebiliyor.”
Bu devasa akışlar kara delikten uzaklara enerji ve madde taşıyabiliyor ve çevre galaksiyi etkileyebiliyor.
Gökbilimciler süper kütleli kara delikleri eylem halinde nasıl inceledi
Gökbilimciler uzun süredir kara deliklerin kütlesine bakılmaksızın aynı temel fiziksel yasalara göre çalıştığından şüpheleniyor. Bu bağlantıyı göstermek ise zor.
Büyük bir engel zaman. Süper kütleli bir kara deliğin beslenme davranışı binlerce yıl içinde değişebiliyor ve gökbilimcilerin tüm bir döngüyü izlemesi neredeyse imkansız hale geliyor.
Goodwin ve ekibi bu sorunu tidal disruption event olarak bilinen nadir olayları inceleyerek ele aldı.
Bunlar bir yıldızın süper kütleli bir kara deliğe çok yaklaşması ve aşırı yerçekimi kuvvetleriyle parçalanması sonucu oluşur. Ortaya çıkan enkazın bir kısmı kara deliğe doğru düşerek beslenme aktivitesini geçici olarak artırır.
Süper kütleli kara deliklerle normalde ilişkili çok daha uzun değişimlerin aksine bu dramatik bölümler yalnızca birkaç yıl içinde oynanır. Bu da bilim insanlarına dev bir kara deliğin madde kaynağı değişirken nasıl tepki verdiğini izleme fırsatı verir.
Ekip başlangıçta görünür ışık, ultraviyole, X-ışınları ve radyo dalga boylarında toplanan gözlemlerle 20 tidal disruption event inceledi. Ardından kara deliğin madde tüketme hızını ve radyo akışlarının zamanlamasını güvenilir biçimde tahmin etmelerine olanak tanıyan verilere sahip 10 olayı seçti.
Bu olayları karşılaştırarak araştırmacılar son derece tutarlı bir desen belirledi.
Kara delik jetleri için evrensel yüzde 2 kuralı
Gözlemler kara deliklerin jet üretebildiği iki ayrı evre ortaya koydu.
İlki beslenme sürecinin erken döneminde, kara deliğin maddeyi olağanüstü yüksek bir hızda tükettiği zaman gerçekleşiyor.
İkincisi çok daha geç olabilir; yıldızın ilk yok edilmesinden yüzlerce hatta binlerce gün sonra.
Bu gecikmeli evrede jetler, kara deliğin beslenme hızı Eddington limiti’nin yaklaşık yüzde 2’sine düştüğünde görünüyor.
Eddington limiti, radyasyonun yarattığı dışa doğru basıncın yerçekiminin içe doğru çekimiyle dengelendiği noktayı tanımlayan teorik bir referans noktasıdır. Gökbilimciler bununla bir kara deliğin karakteristik fiziksel sınıra göre ne kadar yoğun beslendiğini ölçer.
Bulguyu özellikle önemli kılan şey, aynı yüzde 2 eşiğinin kendi Samanyolu galaksimizdeki çok daha küçük kara deliklerde de jet oluşumuyla ilişkilendirilmiş olması.
Başka bir deyişle, kütle olarak muazzam farklılıklar gösteren kara delikler gecikmeli jetleri esasen aynı göreceli beslenme hızında harekete geçiriyor.
Dr. Goodwin, “Bu kara delikler kütle olarak muazzam farklılıklar gösteriyor ama jetlerini beslenme sürecinin aynı noktasında açıyor gibi görünüyor” dedi.
“Bu bize kara delikler hakkında temel bir şey söylüyor: fizik ne kadar büyük olduklarına aldırış etmiyor gibi görünüyor.”
Bulgu, aksi halde şaşırtıcı bir gözlem için olası bir açıklama sunuyor. Bazı kara delikler bir yıldızı yok ettikten kısa süre sonra radyo jetleri üretiyor, diğerleri ise güçlü akışları çok daha sonra üretmeden önce hareketsiz görünüyor.
Bu gecikmeli patlamalar öngörülemez davranmıyor; ortak bir fiziksel eşik tarafından yönetiliyor olabilir.
Kara deliklerin jet fırlatacağı zamanın tahmin edilmesi
Buluş, kara delik fiziği hakkında temel bir şey ortaya koymanın ötesinde, gökbilimcilerin güçlü radyo teleskoplarını çok daha iyi kullanmasına yardımcı olabilir.
Büyük bilimsel tesislerde gözlem süresi sınırlı ve son derece rekabetçi. Araştırmacılar hangi nesneleri inceleyeceklerini, ne sıklıkla gözlemleyeceklerini ve en önemli şeyi ortaya çıkarma olasılığının en yüksek olduğu zamanı dikkatle seçmek zorunda.
Gökbilimciler bir kara deliğin beslenme hızının kritik eşiğe yaklaşacağı zamanı tahmin edebilse, gecikmeli bir jetin ortaya çıkma olasılığını öngörebilir.
Dr. Goodwin, “Radyo teleskopları inanılmaz derecede güçlü, ama nereye bakacağımızı bilmek kadar ne zaman bakacağımızı bilmek de önemli” dedi. “Bir kara deliğin jet fırlatma olasılığının daha yüksek olduğu zamanı öngörebilirsek, daha iyi hedefli kampanyalar yürütebilir, gereksiz gözlemleri azaltabilir ve bu nadir olayları en önemli anlarında yakalama şansımızı artırabiliriz.”
Bu, gereksiz takip gözlemlerini azaltırken kritik anlarda nadir jet fırlatma bölümlerini tespit etme şansını artırabilir.
Bu durum özellikle Batı Avustralya için önemli; Batı Avustralya, şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en iddialı radyo astronomi projelerinden biri olan Square Kilometre Array Gözlemevi’nin düşük frekans bileşenine ev sahipliği yapacak.
Avustralya Hükümeti SKA’ya 387 milyon dolar yatırım yaptı; projenin toplam maliyeti ise 2 milyar doları aşıyor. Bu kadar pahalı bir tesisin daha verimli kullanılması, gökbilimcilere ve daha geniş bilimsel topluma önemli faydalar sağlayabilir ve mevcut gözlem süresiyle daha fazla önemli keşfin yapılmasına olanak tanıyabilir.
Gelecek nesil astronomik araştırmalar tidal disruption event sayısını artırdıkça, araştırmacılar hangilerinin daha yakından ilgiyi hak ettiğine karar vermede giderek daha zor bir mücadeleyle karşı karşıya kalacak.
Beslenme hızları ile jet oluşumu arasındaki yeni tanımlanan ilişki, bilim insanlarına saptanabilir akışlar üretme olasılığı en yüksek kara deliklere gözlemlerini odaklamaları için değerli bir rehber sağlayabilir.
Merakla yönelen bir kara delik atılımı
Forrest Araştırma Vakfı Direktörü Profesör James Arvanitakis, keşfin, cevapların nereye götüreceğini önceden bilmeden iddialı sorular peşinde koşan erken kariyer bilim insanlarını desteklemenin önemini vurguladığını söyledi.
Genellikle ‘mavi gökyüzü’ araştırması olarak tanımlanan bu tür açık uçlu soruşturmalar, orijinal bilimsel sorunun ötesine uzanan beklenmedik keşifler üretebilir.
Profesör Arvanitakis, “Forrest Araştırma Vakfı önceden belirlenmiş bir cevabı finanse etmedi, zor bir sorusu olan olağanüstü bir araştırmacıyı destekledik” dedi.
“Bu soru uluslararası öneme sahip bir keşfe yol açtı. Bu, temel araştırmanın neden önemli olduğunun tam da örneği; bildiğimiz şeyleri genişletiyor, büyük bilimsel altyapının kullanımını keskinleştiriyor ve astronominin ötesine uzanan bir yetkinlik inşa ediyor.
“Bu keşfin Batı Avustralya’dan yönlendirilmiş olması, araştırma ekosistemimizin gücünü ve olağanüstü insanlara burada kariyer kurmaları için bir neden verme değerini gösteriyor.”
Nispeten küçük kara deliklerin davranışını süper kütleli devlerle ilişkilendirerek bulgular, aynı temel fiziksel süreçlerin çok farklı ölçeklerde işlediği fikrini güçlendiriyor.
Ayrıca gökbilimcilere evrenin en dramatik olaylarından birini daha güvenilir biçimde öngörme olanağı sunuyor: bir kara deliğin uzaya güçlü bir jet başlatmaya başladığı an.
