NASA'nın X-ışını uzay aracı Swift ile radyo gözlemlerini birleştiren astronomlar, süper kütleli bir kara deliğin yoğun bir kozmik öğünden yaklaşık 300 gün sonra radyo jeti kusması olayını gözlemledi. Ekip, binlerce galaksiden oluşan dev bir yığın olan Perseus Kümesi'nin kalbinde yer alan bu beslenen kozmik devin kütlesini kabaca tahmin edebildi.
Kara delik, Perseus Kümesi'nin en parlak galaksisi olan ve yaklaşık 225 ışık yılı uzaklıkta bulunan NGC 1275 galaksisinin merkezinde oturuyor. Süper kütleli kara delik önce X-ışınlarında parladı; bu durum maddenin akresyon hızında artış olduğunu gösterdi. Aktif olarak beslenen süper kütleli kara delikler aktif galaktik çekirdekler adı verilen bölgelerde bulunur; muazzam yerçekimleri çevreleyen maddeyi ısıtır ve parlak parlamalarına neden olur. Bu emisyonlar, merkezi kara deliğin kutuplarına yönlendirilen malzeme tarafından güçlendirilir ve buradan elektromanyetik spektrum boyunca, özellikle radyo dalgalarında parlayan güçlü ikiz jetler olarak fırlatılır.
NGC 1275'in kalbindeki aktif galaktik çekirdekten gelen radyo jetinin radyo dalgalarındaki parlamayla gözlemlenmesi, kara deliği çevreleyen ve besleyen madde diski olan akresyon diski ile fırlattığı jetler arasındaki ilişkiyi anlamak için kritik önem taşıyor. Bu sözde disk-jet eşleşmesi, kara deliklerin içinde bulundukları galaksilerdeki yıldız oluşumunu nasıl etkilediğinin ve dolayısıyla bu galaksilerin büyümesinin daha iyi bir resminin geliştirilmesi açısından kilit rol oynuyor.
Böyle gözlemler yapmak hiç de kolay değil. X-ışını emisyonlarını gözlemlemek için ideal uzay aracı Chandra olsa da, NGC 1275'i uzun dönem davranışını gözlemleyecek kadar sık gözlemlemiyor. NASA'nın Neil Gehrels Swift Gözlemevi, Chandra'nın gücünden yoksun olabilir ancak 2004'te fırlatılmasından bu yana NGC 1275 ve merkezi süper kütleli kara deliği hakkında büyük miktarda veri topladı.
"Bu aktif galaktik çekirdeğin iç bölgesini görmek oldukça zor çünkü NGC 1275, gözlemlerimize ek ışık katan devasa Perseus galaksi kümesinin merkezinde bulunuyor," dedi Michigan Üniversitesi'nden ekip lideri Sarah Ketchum, Space.com'a. "Arşiv Swift verilerinden küme emisyonunu gidermemize olanak tanıyan bir model geliştirdik ve bunu yaparak NGC 1275'teki kara deliğe akrete olan gazdan gelen X-ışını akısındaki değişimleri 2007'den 2025'e kadar görebildik."
Ketchum, Swift'in yeteneklerinin NGC 1275'in araştırılması için kilit olduğunu, bu cismin disk-jet eşleşmesinin incelenmesi için ideal laboratuvar olduğunu ekledi.
"X-ışını ışığıyla izlenen gaz akresyonu ile radyo ışığıyla izlenen jetlerdeki gaz atımı arasında eşleşme gösteren aktif galaktik çekirdekli diğer galaksiler üzerine çalışmalar oldu. Ancak NGC 1275, kara delik jetlerinin büyük uzaysal ölçeklerdeki etkisini diğer hiçbir sistemden daha iyi ortaya koyuyor," diye devam etti Michigan Üniversitesi araştırmacısı.
Bu kara delik bir yıldız yemedi
Ketchum ve meslektaşları, NGC 1275'ten şimdiye kadarki en güçlü X-ışını parlamasını Şubat 2023'te gördü. 60 günden kısa süren ve ikişer 5 günlük patlamadan oluşan bu olayda, NGC 1275'in kalbindeki aktif galaktik çekirdeğin X-ışını parlaklığı ikiye katlandı.
Parlama o kadar aşırıydı ki ekip, neden olarak gelgit bozulma olayını elemek zorunda kaldı. Bu olaylar, talihsiz bir yıldızın yörüngesi onu süper kütleli bir kara deliğin muazzam yerçekimsel etkisine çok yaklaştırdığında meydana gelir. Bu etki, yıldızı aynı anda sıkıştırıp uzatan yoğun gelgit kuvvetleri oluşturur, onu "spagettileştirir" ve kara deliğin bir miktar plazma makarna yemesine izin verir.
"Gelgit bozulma olaylarını bir neden olarak elemeyi başardık," dedi Ketchum. "Böylece parlamaya muhtemelen kara deliğe akrete olan maddenin oranındaki bir artış neden oldu."
Swift verilerini kullanarak ekip, aktif galaktik çekirdeğin radyasyon yaydığı yarıçapı çıkarabildi. Bir kara deliğin boyutu kütlesiyle doğrudan ilişkili olduğundan, bu durum araştırmacıların NGC 1275'in kalbindeki kara deliğin kütlesini sınırlamasını sağladı. Bu süper kütleli kara deliğin kütlesinin Güneş kütlesinin 100 milyon ila 1 milyar güneş kütlesi arasında olduğunu belirlediler.
Ekip daha sonra X-ışını emisyonu ile NGC 1275'teki gazı bozan radyo jetleri arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamak için verilerini bilinen radyo verileriyle karşılaştırdı.
Ketchum, kendisi ve meslektaşlarının X-ışını parlaması ile radyo dalgası emisyonu arasında yaklaşık 300 gün gecikme olduğuna dair ön kanıt bulduklarını ekledi. Bu, plazmanın jetin tabanından çevredeki gaz veya toza çarptığında oluşturduğu bir düğüm veya şoka ulaşması için geçen süreyi gösteriyor.
"Bu durumun gelecekte daha fazla test edilmesi gerekiyor. X-ışını verilerimiz NGC 1275'teki değişimleri seyrek örnekliyor," dedi Ketchum. "Bu, ışık eğrisinin büyük bölümleri için X-ışını ve radyo radyasyonu arasındaki kesin ilişkiyi belirlemeyi zorlaştırıyor, bu bağlantıyı daha fazla araştırmak için daha fazla X-ışını verisine ihtiyaç var."
Araştırmacı, X-ışını parlamalarının kara deliğe yakın üretilmesi halinde bu parlamaların akresyon diskinde bir yankısının görülmesi gerektiğini ekledi.
"NGC 1275 verilerinde nötr demirden bir emisyon çizgisi görülüyor ve bu yankı olabilir. Ancak bu bağlantıyı gerçekten kurabilmek için XMM-Newton ve XRISM yani X-Işını Görüntüleme ve Spektroskopi Misyonu ile pek çok gözlem yapmamız muhtemelen gerekiyor," diye sonlandırdı Ketchum.
Ekip araştırmasını Astrophysical Journal Letters dergisinde yayımlanmak üzere kabul ettirdi; hakem öncesi inceleme sürümü arXiv deposunda mevcut.
Robert Lea, makaleleri Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek ve ZME Science'da yayımlanmış Birleşik Krallık'ta bir bilim gazetecisidir. Elsevier ve European Journal of Physics için bilim iletişimi hakkında da yazıyor. Rob, Birleşik Krallık'ın Açık Üniversitesi'nden fizik ve astronomi lisans derecesine sahip. Onu Twitter'da @sciencef1rst kullanıcı adıyla takip edebilirsiniz.
