Astronomlar, Mrk 501 galaksisinin merkezinde iki süper kütleli kara deliğin muhteşem bir çarpışmaya doğru sarmal hareket ettiğini gösteren ikna edici kanıtlar buldu. Daha önce görülmemiş bir parçacık jeti ikinci bir kara deliğin muhtemel varlığını ortaya çıkardı ve gözlemler ikilinin her 121 gün bir yörünge tamamladığını gösteriyor. Kütlelerine bağlı olarak bu kozmik devler, kısa sürede 100 yıl içinde birleşebilir.
Süper kütleli kara deliklerin neredeyse tüm büyük galaksilerin merkezlerinde bulunduğu düşünülüyor. Güneş’in milyonlarca hatta milyarlarca katı kadar kütleye sahip olabilen bu devasa nesnelerin bu kadar olağanüstü boyutlara nasıl ulaştığı bilim insanları tarafından tam olarak anlaşılamıyor. Çevrelerinden gaz çekerek kütle kazanmaları bir yol olsa da bu süreç tek başına en büyük örnekleri açıklamak için yeterli olmayabilir. Diğer kütleli kara deliklerle birleşmek eksik açıklamayı sağlayabilir.
Galaksi çarpışmaları evrende yaygın. Bu durum merkezlerindeki kara deliklerin de sonunda bir araya gelmesinin muhtemel olduğu anlamına geliyor. İki galaksi birleşirken kara deliklerin birbirine yaklaşması, birbirlerinin çevresinde dönmeye başlaması ve giderek içe doğru sarmal hareket ederek tek bir nesne halinde birleşmesi bekleniyor.
Buna rağmen bilim insanları bu birleşmelerin son evrelerini modellemekte zorlanıyor. Daha da şaşırtıcı olanı, astronomların güvenilir şekilde son derece yakın yörüngede dönen bir süper kütleli kara delik çifti tanımlayamaması, çarpışan galaksilere dair bol kanıt bulunmasına karşın.
İkinci Bir Jet Gizli Kara Deliği Ortaya Çıkardı
Bonn’daki Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü’nden Silke Britzen liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi şimdi bu tür bir çiftin Mrk 501 galaksisinin merkezinde bulunduğuna dair doğrudan gözlemsel kanıt bulduğunu açıkladı. Bulgular Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi.
Astronomlar uzun süredir Mrk 501’in merkezindeki kara deliğin neredeyse ışık hızında uzaya fırlayan yoğun bir parçacık jeti ürettiğini biliyor. Bu jetler kara deliklerin çevresindeki aşırı koşullar ve güçlü manyetik alanlardan kaynaklanıyor.
Ekip sistemi araştırmak için yaklaşık 23 yıl boyunca onlarca ayrı günde çoklu frekanslarda toplanan ayrıntılı radyo gözlemlerini inceledi. Kapsamlı veri seti dikkat çekici bir şey gösterdi: tanıdık jetin yanında hareketi de izlenebilen ikinci bir jet vardı.
Gözlemler araştırmacıların bir galaksi merkezinde bu tür bir sistemin ilk doğrudan görüntüleme kanıtı olarak tanımladığı bulguyu sağlıyor ve ikinci bir süper kütleli kara deliğin varlığını güçlü şekilde öne sürüyor. Kara delikler gökyüzünde birbirine o kadar yakın ki ayrı ayrı çözünemiyor.
“Uzun zamandır bunun peşindeydik ve ikinci bir jeti sadece görebilmek değil, hareketini bile izleyebilmek tam bir sürpriz oldu,” diye konuştu Silke Britzen.
Kozmik Bir Dans İçindeki İki Süper Kütleli Kara Delik
Önceden bilinen jet Dünya’ya doğru yönelmiş durumda, bu yüzden olağanüstü parlak görünüyor ve gözlemlenmesi görece kolay. Yeni tanımlanan jet farklı bir yöne bakıyor, bu da uzun süre gizli kalmasını açıklıyor.
Sadece birkaç haftalık gözlemde astronomlar ikinci jetin konumunda dramatik değişimler fark etti. Jet büyük kara deliğin arkasından çıkıp onun çevresinde saat yönünün tersine süpürüyormuş gibi göründü. Hareket tekrarlandı ve tüm sistemin düzenli bir yörünge hareketi içinde olduğu anlaşıldı.
“Verileri değerlendirirken gemideymiş gibi hissettik. Tüm jet sistemi hareket halinde. Bunu iki kara delik sistemi açıklayabilir: Yörünge düzlemi sallanıyor,” diye açıkladı Silke Britzen.
Araştırmacılar Haziran 2022’de sistemden gelen radyasyonun bir halka oluşturmuş gibi göründüğü olağandışı bir olayı da tespit etti. Bu fenomen, ışığın yerçekimiyle bükülerek halka benzeri bir görünüm oluşturması olarak bilinen Einstein halkası.
Bir olasılık, iki kara deliğin ve Dünya’nın kısaca tam doğru şekilde hizalanması. Bu durumda ön plandaki kara deliğin yerçekimi bir mercek gibi davranıp arkasındaki ikinci jetten gelen ışığı bükebilirdi. Bu etki, kütleçekimsel merceklenme olarak adlandırılıyor ve sistemin doğasına dair başka bir ipucu sunuyor.
İki Kara Delik Sadece 100 Yılda Birleşebilir
Jetlerdeki değişimleri ve parlaklıklarındaki tekrar eden örüntüleri inceleyerek ekip, iki kara deliğin birbirlerinin çevresinde yaklaşık her 121 günde bir yörünge tamamladığını hesapladı.
Tahmini ayrılıkları Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin yalnızca 250 ila 540 katı. Bu sayı kulağa büyük gelse de Güneş’in 100 milyon ila bir milyar katı kütleye sahip nesneler için son derece küçük.
Böyle sıkı bir yörüngenin dramatik sonuçları olabilir. Kara deliklerin gerçek kütlelerine bağlı olarak ayrılıkları hızla küçülebilir ve 100 yıl gibi kısa bir sürede birleşebilirler.
Bu, astronomik standartlara göre son derece kısa bir geri sayım olur ve araştırmacılara süper kütleli kara deliklerin son çarpışmaya nasıl yaklaştığını araştırmak için olağanüstü bir fırsat sunabilir.
Yerçekimi Dalgaları Yaklaşan Birleşmeyi Ortaya Çıkarabilir
Ne yazık ki Mrk 501 o kadar uzak ki günümüzün en güçlü aletleri bile iki kara deliği ayrı nesneler olarak ayırt edemiyor. 2019 ve 2022’de kara deliklerin ilk görüntülerini üreten Event Horizon Telescope bile bu özel çifti tek tek yakalamak için yeterli çözünürlüğe sahip değil.
Böylece astronomlar kara delikler arasındaki mesafenin azalmasını doğrudan izleyemeyecek. Ancak başka bir yöntem yaklaşımı ortaya çıkarabilir.
Kütleli nesneler birbirlerinin çevresinde dönerken uzay-zamanı dışarıya doğru taşıyan minik bozulmalar olan yerçekimi dalgaları üretiyor. Mrk 501’deki önerilen kara delik çifti, pulsar zamanlama dizileriyle tespit edilebilecek son derece düşük frekanslı yerçekimi dalgaları üretmeli.
Bu diziler, hızla dönen nötron yıldızları olan pulsarların yaydığı son derece düzenli radyo darbelerini hassas kozmik saatler olarak kullanıyor. Bu darbelerin Dünya’ya varış zamanlarındaki ince değişiklikleri ölçerek bilim insanları geçen yerçekimi dalgalarının etkisini arayabiliyor.
Süper kütleli kara delik ikilileri, evren genelindeki birçok uzak kaynaktan kaynaklandığı düşünülen kalıcı bir sinyal olan yerçekimi dalgası arka planının başlıca açıklaması olarak görülüyor. 2023’te Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi ve diğer iş birlikleri bu arka planın kanıtını bildirdi.
Mrk 501’deki keşif şimdi galaksiyi, bir yerçekimi dalgası sinyalini bireysel bir süper kütleli kara delik çiftine bağlamak için özellikle umut verici bir hedef haline getiriyor.
Böyle bir tespit sistemin varlığını doğrulamaktan daha fazlasını yapabilir. Çiftin yörüngesinin nasıl evrildiğini ölçmeye ve kara deliklerin son birleşmeye yaklaşıyor olup olmadığını belirlemeye olanak tanıyabilir.
“Yerçekimi dalgaları tespit edilirse, iki devin çarpışmaya doğru sarmal hareketi sırasında frekanslarının istikrarlı şekilde yükselmesini bile görebiliriz; bu, süper kütleli bir kara delik birleşmesini izlemek için nadir bir fırsat sunar,” diye belirtti ortak yazar Héctor Olivares.
