Galaktik Harika: Bilim İnsanları İlk Kara Delik Üçlü Keşfiyle Şaşkına Döndü…
Caltech’in yakın zamanda gerçekleştirdiği bir araştırmada üçlü bir kara delik sistemi keşfedildi ve bu, böyle bir yapılanmanın ilk gözlemi oldu.
Tipik ikili yıldızlardan farklı olarak, bu sistem yakındaki bir yıldızı tüketen merkezi bir kara delik ve her 70.000 yılda bir yörüngede dönen ikinci, uzak bir yıldızdan oluşur. Bu alışılmadık düzen, kara deliğin şiddetli bir süpernova yerine doğrudan bir çöküşle oluştuğunu öne sürerek, kara delik kökenleri hakkındaki yaygın teorilere meydan okur ve daha keşfedilmemiş üçlü sistemler için potansiyeli vurgular.
Kara Delik Üçlüsünün Keşfi
Şimdiye kadar keşfedilen kara deliklerin çoğu ikili sistem adı verilen bir çiftin parçasıdır. Bu çiftlerde, bir kara delik bir yıldız, yoğun bir nötron yıldızı veya hatta başka bir kara delik gibi başka bir nesneyle yakın bir şekilde yörüngede döner. Kara deliğin yoğun yerçekimi onları birbirine bağlayarak sıkı bir yörünge ilişkisi yaratır.
Bilim insanları, kara delikler, etkileşime girebilecekleri nesneler ve nasıl oluşabilecekleri hakkındaki anlayışımızı genişletecek şaşırtıcı bir keşifte bulundu.
24 Ekim’de Nature’da yayınlanan yeni bir çalışmada , MIT ve Caltech’ten fizikçiler ilk kez bir “kara delik üçlüsü” gözlemlediklerini bildirdiler. Bu benzersiz sistem, kara deliğin etrafında her 6,5 günde bir dönen yakındaki küçük bir yıldızı tüketen merkezi bir kara deliğe sahiptir – bilinen ikili sistemlere benzer bir kurulum. Ancak, dikkat çekici bir şekilde, çok daha uzaktaki ikinci bir yıldız da kara deliğin etrafında dönüyor. Araştırmacılar, bu uzak yoldaşın kara deliğin etrafında her 70.000 yılda bir tur attığını tahmin ediyor.
Kara deliğin bu kadar uzaktaki bir nesne üzerinde kütle çekim etkisine sahip gibi görünmesi, kara deliğin kökenleri hakkında sorular doğuruyor. Kara deliklerin, ölmekte olan bir yıldızın şiddetli patlamasıyla oluştuğu düşünülüyor; bu, bir yıldızın görünmez bir kara deliğe çökmeden önce son bir patlamada büyük miktarda enerji ve ışık saldığı bir süpernova olarak bilinen bir süreç.
Yumuşak Bir Oluşum Sürecinin Sonuçları
Ancak ekibin keşfi, yeni gözlemlenen kara deliğin tipik bir süpernovadan kaynaklanması durumunda, çökmeden önce saldığı enerjinin, çevresindeki gevşekçe bağlı nesneleri tekmelemiş olacağını öne sürüyor. O halde, ikinci, dış yıldız hala etrafta dolaşıyor olmamalı.
Bunun yerine, ekip kara deliğin, bir yıldızın son dramatik bir parlama olmadan kendi içine çökerek bir kara delik oluşturduğu daha nazik bir “doğrudan çöküş” süreciyle oluştuğundan şüpheleniyor. Böyle nazik bir köken, gevşekçe bağlı, uzaklardaki nesneleri neredeyse hiç rahatsız etmez.
Yeni üçlü sistem çok uzaktaki bir yıldızı içerdiğinden, bu, sistemin kara deliğinin daha yumuşak, doğrudan bir çöküşle doğduğunu gösteriyor. Ve gökbilimciler yüzyıllardır daha şiddetli süpernovalar gözlemlese de, ekip yeni üçlü sistemin bu daha yumuşak süreçten oluşan bir kara deliğin ilk kanıtı olabileceğini söylüyor.
“Çoğu kara deliğin yıldızların şiddetli patlamalarından oluştuğunu düşünüyoruz, ancak bu keşif bunu sorgulamaya yardımcı oluyor,” diyor MIT Fizik Bölümü’nde Pappalardo Üyesi olan çalışmanın yazarı Kevin Burdge. “Bu sistem kara delik evrimi için çok heyecan verici ve ayrıca orada daha fazla üçlü olup olmadığı sorusunu da gündeme getiriyor.”
Çalışmanın MIT’deki ortak yazarları arasında Erin Kara, Claude Canizares, Deepto Chakrabarty, Anna Frebel, Sarah Millholland, Saul Rappaport, Rob Simcoe ve Andrew Vanderburg ile Caltech’ten Kareem El-Badry yer alıyor.
Kara Delik Oluşumu ve Evriminin Araştırılması
Kara delik üçlüsünün keşfi neredeyse şans eseri gerçekleşti. Fizikçiler bunu, uzaydaki ve dünyanın dört bir yanındaki teleskoplardan toplanan astronomik gözlemlerin bir deposu olan Aladin Lite’a bakarken buldular. Gökbilimciler, çevrimiçi aracı kullanarak gökyüzünün aynı bölümünün, enerji ve ışığın çeşitli dalga boylarına ayarlanmış farklı teleskoplar tarafından çekilmiş görüntülerini arayabilir.
Ekip, Samanyolu galaksisinde yeni kara deliklerin işaretlerini arıyordu . Meraktan, Burdge, 1992’de Dünya’dan yaklaşık 8.000 ışık yılı uzaklıktaki ve kara delik olarak doğrulanan ilk nesnelerden biri olan V404 Cygni’nin bir görüntüsünü inceledi. O zamandan beri, V404 Cygni en iyi çalışılmış kara deliklerden biri haline geldi ve 1.300’den fazla bilimsel makalede belgelendi. Ancak, bu çalışmalardan hiçbiri Burdge ve meslektaşlarının gözlemlediklerini bildirmedi.
Burdge, V404 Cygni’nin optik görüntülerine bakarken, birbirine şaşırtıcı derecede yakın görünen iki ışık lekesi gördü. İlk leke, diğerlerinin kara delik ve içerideki, yakın yörüngede dönen bir yıldız olduğunu belirlediği şeydi. Yıldız o kadar yakındı ki, materyalinin bir kısmını kara deliğe döküyor ve Burdge’in görebildiği ışığı yayıyordu. Ancak ikinci ışık lekesi, bilim insanlarının şimdiye kadar yakından incelemediği bir şeydi. Burdge, ikinci ışığın büyük ihtimalle çok uzak bir yıldızdan geldiğini belirledi.
“Bu kadar uzak mesafeden iki ayrı yıldızı görebilmemiz aslında yıldızların gerçekten çok uzakta olması gerektiği anlamına geliyor,” diyor Burdge, dış yıldızın kara delikten 3.500 astronomik birim (AU) uzaklıkta olduğunu hesaplayan (1 AU, Dünya ile Güneş arasındaki mesafedir). Başka bir deyişle, dış yıldız kara delikten Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığının 3.500 katı uzaklıktadır. Bu aynı zamanda Plüton ile Güneş arasındaki uzaklığın 100 katına eşittir.
Tandem Hareketi ve Sistem Kökenlerinin İncelenmesi
Daha sonra akla gelen soru, dış yıldızın kara deliğe ve onun iç yıldızına bağlı olup olmadığıydı. Bunu cevaplamak için araştırmacılar, 2014’ten beri galaksideki tüm yıldızların hareketlerini hassas bir şekilde izleyen bir uydu olan Gaia’ya baktılar. Ekip, Gaia verilerinin son 10 yılındaki iç ve dış yıldızların hareketlerini analiz etti ve yıldızların diğer komşu yıldızlara kıyasla tam olarak aynı hizada hareket ettiğini buldu. Bu tür bir aynı hizada hareketin olasılığının yaklaşık 10 milyonda bir olduğunu hesapladılar.
“Bu neredeyse kesinlikle bir tesadüf veya kaza değil,” diyor Burdge. “Birbirini takip eden iki yıldız görüyoruz çünkü bunlar zayıf bir çekim ipiyle bağlılar. Yani bu üçlü bir sistem olmalı.”
Peki, sistem nasıl oluşmuş olabilir? Eğer kara delik tipik bir süpernovadan ortaya çıkmışsa, şiddetli patlama dış yıldızı çoktan tekmelemiş olurdu.
“Bir uçurtmayı çektiğinizi ve güçlü bir ip yerine bir örümcek ağıyla çektiğinizi hayal edin,” diyor Burdge. “Çok sert çekerseniz, ağ kopar ve uçurtmayı kaybedersiniz. Yerçekimi, gerçekten zayıf olan bu zar zor bağlı ip gibidir ve iç ikiliye dramatik bir şey yaparsanız, dış yıldızı kaybedersiniz.”
Simülasyon İçgörüleri ve Sistem Yaş Belirleme
Ancak Burdge bu fikri gerçekten test etmek için, böylesi üçlü bir sistemin nasıl evrimleşebileceğini ve dış yıldızını nasıl koruyabileceğini görmek amacıyla simülasyonlar gerçekleştirdi.
Her simülasyonun başlangıcında, üç yıldız tanıttı (üçüncüsü kara delikti, daha sonra kara delik oldu). Daha sonra on binlerce simülasyon çalıştırdı, her birinde üçüncü yıldızın nasıl kara delik olabileceğine dair biraz farklı senaryolar vardı ve daha sonra diğer iki yıldızın hareketlerini etkiledi. Örneğin, bir süpernovayı simüle etti, yaydığı enerjinin miktarını ve yönünü değiştirdi. Ayrıca, üçüncü yıldızın hiçbir enerji yaymadan kendi içine çöküp kara delik oluşturduğu doğrudan çöküş senaryolarını da simüle etti.
Burdge, “Simülasyonların büyük çoğunluğu, bu üçlünün çalışmasını sağlamanın en kolay yolunun doğrudan çöküş olduğunu gösteriyor” diyor.
Kara deliğin kökenlerine dair ipuçları vermenin yanı sıra, dış yıldız sistemin yaşını da ortaya koydu. Fizikçiler, dış yıldızın kırmızı dev olma sürecinde olduğunu gözlemlediler; bu, bir yıldızın ömrünün sonunda gerçekleşen bir evredir. Bu yıldız geçişine dayanarak, ekip dış yıldızın yaklaşık 4 milyar yaşında olduğunu belirledi. Komşu yıldızların da aynı zamanlarda doğduğu göz önüne alındığında, ekip kara delik üçlüsünün de 4 milyar yaşında olduğu sonucuna vardı.
Burdge, “Daha önce eski bir kara delik için bunu hiç yapamamıştık,” diyor. “Şimdi V404 Cygni’nin üçlü bir yapının parçası olduğunu biliyoruz, doğrudan çöküşten oluşmuş olabilir ve bu keşif sayesinde yaklaşık 4 milyar yıl önce oluşmuştur.”
