Keşfedilen en ağır kara delik ikilisinin ağırlığı ölçüldü

Neredeyse her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik var. İki galaksi birleştiğinde, bunların kara delikleri ikili bir çift oluşturabiliyor; yani birbirine bağlı bir yörüngeye giriyorlar. Bu ikililerin nihayetinde birleşeceği varsayılsa da, böyle bir şey hiç gözlemlenmemişti.

Öte yandan süper kütleli kara deliklerin birbirlerine birkaç ışık yılı yaklaştıklarına dönük bulgular olsa da, görünüşe göre hiçbiri o nihai mesafenin üstesinden gelemediler. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu, final-parsek problemi olarak biliniyor ve gök bilimciler arasında onlarca yıldır tartışılıyor. Geçenlerde The Astrophysical Journal bilim bülteninde yayınlanan bir makalede ise araştırmacılar, bu soruyla ilgili yeni fikirler sunuyorlar.

Populer Science Türkçe’nin aktardığı çalışmaya göre araştırma takımı, ABD Ulusal Bilim Vakfına (NSF) bağlı NOIRLab tarafından işletilen Uluslararası Gemini Rasathanesinin diğer yarısı olan ve Hawai’de bulunan Gemini Kuzey teleskobundan aldıkları verileri kullanarak, eliptik B2 0402+379 galaksisi içerisindeki süper kütleli bir kara delik ikilisini analiz etti.

İki cismin de ayrı şekilde görülebilecek kadar detaylı yakalandığı tek süper kütleli kara delik ikilisi bu. İki süperkütleli kara delik içeren galaksilere yönelik gözlemler daha önce yapıldı ancak bu vakalarda söz konusu kara delikler birbirlerinden binlerce ışık yılı uzaytaydı; birbirlerine B2 0402+379’daki ikili gibi bağlı bir yörüngede olamayacak kadar uzaktalardı…

Ayrıca ikili, şimdiye kadar doğrudan gözlemlenen en ufak ayrışma rekorunu da taşıyor (sadece 24 ışık yılı kadar). Gücünü kara deliklerden alan daha küçük ayrışma olasılıklı diğer kaynaklar mevcut olsa da, bunlar dolaylı gözlemler yoluyla çıkarılmış ve bu yüzden en iyi aday ikililer şeklinde sınıflandırılabiliyorlar. Bu yakın ayrışma güçlü bir birleşmeyi haber verse de, yürütülen ek çalışmalar ikilinin bu mesafede üç milyar yılı aşkın süre boyunca takılıp kaldığını ortaya çıkardı. Bu durum, akıllara söz konusu gecikmenin neden kaynaklandığı sorusunu getiriyor.

KARA DELİKLERİN TOPLAM KÜTLESİNİ ÇIKARTMAYI BAŞARDILAR

Sistemin ve duran birleşmenin dinamiklerini daha iyi anlamak isteyen araştırma takımı, Genimi Kuzey’in Çoklu-Cisim Tayfölçeri’nden (GMOS) alınan arşiv verilerine göz gezdirdi. Veriler, araştırmacıların kara deliklerin etrafındaki yıldızların hızını belirlemesini sağladı.

Stanford Üniversitesinde çalışan ve makalenin eş yazarı olan fizik profesörü Roger Romani, “GMOS’un mükemmel hassasiyeti, galaksinin merkezine daha yakından baktıkça yıldızların artan sürat haritalarını çıkarmamızı sağladı” diyor. “Bu bilgilerle, orada duran kara deliklerin toplam kütlesini çıkarmayı başardık.”

Araştırma takımı, ikilinin kütlesinin Güneş’ten tam 28 milyar kat yüksek olduğunu tahmin ediyor. Bu değer, ikiliyi şimdiye dek ölçülmüş en ağır kara delik çifti haline getiriyor. Söz konusu ölçüm ikili sistemin oluşumu ve ana galaksisinin tarihiyle ilgili değerli bilgiler sunmanın yanı sıra, bir süper kütleli kara delik ikilisinin olası bir birleşmeyi geciktirmede kilit bir rol oynadığına yönelik uzun zamandır süregelen bir kuramı da destekliyor.1980 yılında Begelman vd. tarafından ileri sürülen bu kuramın, uzun bir süredir galaksi merkezlerine dönük yürütülen onlarca yıllık gözlemlere dayalı olarak meydana geldiği iddia ediliyor.

Uluslararası Gemini Rasathanesinde NSF program müdürü olan Martin Still, “Uluslararası Gemini Rasathanesindeki veri arşivi, bilimsel keşifler için bir altın madeni niteliğinde” diyor. “Bu olağanüstü süperkütleli kara delik ikilisi için yapılan kütle ölçümleri, bahsettiğimiz zengin arşivin araştırıldığı yeni çalışmaların olası etkisini gösteren büyüleyici bir örnek.”

İkilinin nasıl oluştuğunun anlaşılması, birleşip birleşmeyeceklerinin ve ne zaman birleşeceklerinin tahmin edilmesine yardımcı olabilir. Bir dizi ipucu, ikilinin birden fazla galaksi birleşimiyle oluştuğuna işaret ediyor. Bunlardan ilki, B2 0402+379 isimli ‘fosil küme’: yani bütün bir galaksiye eşdeğer yıldız ve gazların tek bir dev galakside birleşmesinin sonucunda oluştu. Ek olarak toplam birleşik kütleleriyle beraber iki süper kütleli kara deliğin mevcudiyeti ise bu kara deliklerin, birden fazla galaksiden gelen daha ufak boyutlu birden fazla kara deliğin karışımıyla ortaya çıktıklarını akla getiriyor.

Süper kütleli kara delikler, galaktik bir birleşmenin ardından kafa kafaya çarpışmıyorlar. Bunun yerine birbirlerini yakın mesafeden ıskalayıp, birbirine bağlı bir yörüngeye yerleşiyorlar. Yaptıkları her geçişte, kara deliklerden çıkan enerji etraftaki yıldızlara aktarılıyor. İkili enerji kaybettikçe, birbirlerine sadece birkaç ışık yılı uzaklıkta durana kadar yaklaşıyorlar. Sonrasında kütleçekimsel ışınım devreye giriyor ve birleşiyorlar. Bu süreç yıldız kütleli kara delik ikililerinde doğrudan gözlemlenmişse de (ilk örneği, kütleçekim dalgalarının keşfi yoluyla 2015 yılında kaydedilmişti), süperkütleli bir kara delik ikilisinde hiç gözlemlenmemişti.

Sistemin bu son derece büyük kütlesine dair yeni bilgilerle beraber araştırmacılar, yörüngeyi yavaşlatmak ve ikiliyi birbirine böylesine yaklaştırmak için olağan dışı miktarda fazla yıldızın gerekeceğine karar verdiler. Bu süreçte kara delikler, yakınlarındaki neredeyse tüm maddeleri fırlatmış ve galaksinin çekirdeğinde hiç yıldız ve gaz bırakmadı. Artık ikilinin yörüngesini daha fazla yavaşlatacak madde kalmayınca, birleşme son aşamalarda duraksadı.

“Normalde daha hafif kara delik ikililerine sahip galaksiler, ikisini hızla yaklaştırmak için yeterli yıldız ve kütle barındırıyor” diyor Romani. Bu ikili çok ağır olduğundan, işi tamamlamak için çok fazla yıldız ve gaz gerekli. Fakat ikili galaksi merkezini bu tür maddelerden arındırmış ve kendilerini bizim çalışmamız için duraksar, erişilebilir hale getirdi.”

İkilinin duraksamanın üstesinden gelip gelemeyeceği ve nihayetinde milyonlarca yıllık zaman ölçeğinde birleşip birleşemeyeceği veya sonsuza kadar bu yörünge belirsizliğinde devam edip edemeyeceği henüz belli değil. Eğer birleşirlerse; sonuç olarak ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yıldız kütleli kara delik birleşimleriyle oluşan dalgalardan yüz milyon kat daha kuvvetli olacak. İkilinin bu nihai mesafeye başka bir galaksi birleşimiyle ulaşması da mümkün. Böyle olursa, sisteme ilave madde veya potansiyel bir üçüncü kara delik girecek ve ikilinin yörüngesi birleşecek kadar yavaşlayacak. Fakat B2 0402+379’un durumu fosil küme olduğundan, başka bir galaktik birleşim muhtemel görünmüyor.

Stanford Üniversitesinde lisans öğrencisi ve makalenin baş yazarı olan Tirth Surti, “B2 0402+379’un çekirdeğini daha fazla inceleyerek, ne kadar gazın mevcut olduğuna bakacağız” diyor. “Bu sayede süperkütleli kara deliklerin nihayetinde birleşip birleşmeyeceğine veya ikili olarak kalıp kalmayacaklarına dair daha çok fikir edinebileceğiz.”