Galaksimizin Merkezindeki Süper Kütleli Karadelik Polarize Işıkta Gözlemlendi!

Astronomlar, Olay Ufku Teleskobu'nu (İng. "Event Horizon Telescope" veya kısaca EHT) kullanarak Samanyolu Galaksisi'nin merkezindeki süper kütleli Sagittarius A* karadeliğini polarize ışıkta fotoğrafladı. 2019'da M87*'yi görüntüleyerek ilk kez bir karadeliğin doğrudan fotoğrafını çeken EHT, 2022'de galaksimiz Samanyolu'nun merkezinde bulunan Sagittarius A*'yı fotoğraflamıştı. EHT, bir kez daha gözlerini Sagittarius A*'ya çevirdi ve karadeliklerin doğasının anlaşılması yolunda önemli bir adım atılmasını sağladı. Bu yeni çalışma Sagittarius A*'nın bükülmüş, güçlü ve düzenli manyetik alanını ortaya çıkardı.

ESO

Polarize Işık Nedir?

Işık, bir elektromanyetik dalgadır ve ilerlediği yöne dik doğrultuda, yukarı ve aşağı titreşmektedir. Ancak yukarı ve aşağı sabit yönler değildir. Bu titreşimler dikey, yatay veya aradaki herhangi bir açıda olabilmektedir. İşte, spesifik bir açıda salınım yapan ışık dalgalarına polarize ışık denmektedir. Etrafımız farklı farklı polarize ışık ışınları ile dolu olsa da bunlar, insan gözü tarafından sıradan ışıktan ayırt edilememektedir.

Britannica

Uzayda rastgele hareket eden sıcak gazlar veya diğer ismiyle plazma, tıpkı gündelik hayattaki pek çok sıradan ışık kaynağı gibi polarize olmayan ışık ışınları yaymaktadır. Bu ışık bir manyetik alanın etkisi ile polarize olabilmekte, yani manyetik alan yukarıdaki görselde gösterildiği gibi bir nevi polarizasyon filtresi olarak çalışabilmektedir.

Karadeliklerin güçlü manyetik alanı ve kütleçekimi ışığın polarize olmasına ve bükülmesine sebep olmaktadır. EHT'nin de gözlemlediği tam olarak bu bükülmüş polarize ışıktır! Polarize ışıktan elde edilecek bilgiler, karadeliğin etrafındaki manyetik alan çizgilerinin haritalandırılabilmesini mümkün kılmaktadır. Projenin eş lideri ve Harvard Karadelik Girişimi üyesi Angelo Ricarte, şunları söylüyor:

Karadeliklerin civarındaki sıcak ve parlak gazdan gelen polarize ışığı görüntüleyerek karadelik tarafından beslenen ve fırlatılan maddenin akışını sağlayan manyetik alanların yapısını ve gücünü doğrudan anlıyoruz. Polarize ışık bize astrofizik, gazın özellikleri ve karadelik beslenirken ortaya çıkan mekanizmalar hakkında çok daha fazla şey öğretiyor.

Polarize ışığı daha iyi anlamak için EHT'nin resmi kanalında paylaşılmış olan aşağıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

M87* ile Son Derece Benzer Manyetik Alanlar

İnsanlık tarihinde kaydedilen ilk karadelik fotoğrafı 2019'da EHT tarafından çekilmişti ve M87 Galaksisi'nin merkezinde yer alan süper kütleli M87* karadeliğine aitti. EHT, 2021'de M87*'den gelen polarize ışığı kaydetmiş ve tıpkı şu anda Sagittarius A* için de yaptığı gibi karadeliğin manyetik alanı hakkında önemli bulgular sağlamıştı.

ESO

Sagittarius A* yaklaşık 4 milyon, M87* ise yaklaşık 6,5 milyar Güneş kütlesine sahiptir. İki gök cismi de süper kütleli karadelik kategorisinde olsa da kütle bakımından M87*, Sagittarius A*'dan 1600 kat daha ağırdır ve bu, onu gerçek bir kozmik canavar yapmaktadır.

ESO

Ancak elde edilen sonuçlar, kütle skalasının zıt uçlarında bulunan bu iki karadeliğin manyetik alanlarının birbirlerine oldukça benzer olduğunu göstermektedir. Projenin eş lideri ve NASA Hubble Burs Programı üyesi Sara Issaoun, şunları söylüyor:

Özellikle bu benzerlik şaşırtıcıydı çünkü M87* ve Sagittarius A* çok farklı karadelikler. M87* oldukça özel bir karadelik: 6 milyar Güneş kütlesinde, dev bir eliptik galakside yaşıyor ve tüm dalga boylarında görülebilen güçlü bir plazma jeti fırlatıyor. Öte yandan Sagittarius A* son derece yaygın bulunan bir karadelik türünden: 4 milyon Güneş kütlesinde, sıradan bir sarmal galaksi olan Samanyolu'nda yaşıyor ve hiç jeti yokmuş gibi görünüyor.

Issaoun'a göre ekip, M87* ve Sagittarius A*'nın manyetik alanlarının farklı özelliklere sahip olmasını bekliyordu:

Belki birisi daha düzenli ve güçlü, diğeri ise daha düzensiz ve zayıf olurdu. Ancak yine de benzer göründükleri için bu iki farklı karadelik sınıfının çok benzer manyetik alan geometrisine sahip olduğu artık oldukça açık!

Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı olan Michi Bauböck ise şunları söylüyor:

M87* ve Sagittarius A* birkaç önemli açıdan farklılar: M87* çok daha büyük ve çevresinden çok daha hızlı madde çekiyor. Yani manyetik alanların da çok farklı görünmesini bekleyebilirdik. Ancak bu manyetik yapının tüm karadeliklerde ortak olduğu anlamına gelebilecek şekilde oldukça benzer çıktılar.

Bu sebepten ötürü Sagittarius A* ile M87*'de görülen güçlü ve düzenli manyetik alanların tüm karadelikler için ortak bir özellik olabileceği düşünülmektedir.

Sagittarius A*'yı Fotoğraflamanın Zorluğu

Sagittarius A*, M87*'ye kıyasla Dünya'ya çok daha yakın bir konumda yer alsa da görüntülenmesi daha zor bir hedeftir. Sagittarius A*'nın küçük boyutu, etrafında ışık hızına yakın süratlerde dönen maddenin görüntülenmesini güçleştirmektedir. Öte yandan M87* çok daha büyüktür, dolayısıyla etrafında dönen maddenin bir tam tur atması daha uzun sürmekte, bu durum onu Sagittarius A*'ya göre çok daha istikrarlı ve stabil bir hedef haline getirmektedir.

İspanya'daki Endülüs Astrofizik Enstitüsü'nde araştırma bilimcisi olan José L. Gómez, Sagittarius A*'nın EHT tarafından ilk kez fotoğraflandığı Mayıs 2022'de şunları söylemişti:

Öncelikle Sagittarius A*, M87*'den yaklaşık 1600 kat daha hafif ve küçüktür. Malzemenin M87*'nin çevresinde dolaşması günler veya haftalar sürerken Sagittarius A*'nın çevresinde dolaşması yalnızca dakikalar veya saatler alır. EHT, Dünya'nın dönüşünü kullanarak devasa, gezegen boyutunda bir sanal ayna oluşturur. Her bir EHT teleskopu bu aynanın bir parçası gibidir ve bir gece boyunca kademeli olarak veri elde eder. M87*, biz onu gözlemlerken sabit olduğundan görüntülenmesi daha kolaydı; teker teker tüm teleskoplardan elde edilen veriler aynı sabit görüntüden geliyordu. Ancak Sagittarius A*, biz gece boyunca onun fotoğrafını çekerken yerinde duramayan, yeni yürümeye başlayan bir çocuğa benziyor. Verileri kaydederken Sagittarius A*'nın etrafındaki parlayan gaz dans ediyordu. Gaz hızla hareket ederken elde edilen bir dizi seyrek bilgiden Sagittarius A*'nın gökyüzünde nasıl göründüğünü yeniden yapılandırmamız gerekiyordu.

Bu zorluklara rağmen çeşitli algoritmalar, istatistiksel veri modelleri ve yöntemler kullanılarak Sagittarius A*'nın ortalama bir fotoğrafı çekilebilmişti.

ESO

Sagittarius A*'nın polarize fotoğrafı yakalanırken de benzer zorluklar ile karşılaşıldı. Harvard Smithsonian Astrofizik Merkezi'nde doktora sonrası araştırmacı ve Smithsonian Astrofizik Gözlemevi'nde astrofizikçi olan Paul Tiede, şunları söylüyor:

Sagittarius A*'nın polarize bir fotoğrafını oluşturabilmemiz heyecan verici. İlk görüntü, onun dinamik doğasını anlamak ve ortalama yapısını ortaya çıkarmak için aylarca süren kapsamlı bir analiz gerektirdi. Polarize bir görüntü üretmek, karadeliğin etrafındaki manyetik alanların dinamiğini daha da zorlaştırır. Modellerimiz genelde oldukça türbülanslı manyetik alanlar tahmin ediyordu, bu da polarize bir görüntü oluşturmayı zorlaştırıyordu. Neyse ki karadeliğimiz çok daha sakin ve bu fotoğrafı mümkün kılıyor.

Sagittarius A*'nın Gizli Bir Jeti Olabilir mi?

Sagittarius A* ve M87*'nin manyetik alanları arasındaki çarpıcı benzerlik, Sagittarius A*'nın henüz keşfedemediğimiz gizli bir jete sahip olabileceğini göstermektedir. Issaoun, şöyle açıklıyor:

M87*'de gözlemlediğimiz gibi güçlü ve düzenli manyetik alanların jetlerin fırlatılmasıyla doğrudan bağlantılı olmasını bekliyoruz. Gözlemlenen herhangi bir jeti olmayan Sagittarius A*, çok benzer bir geometriye sahip gibi göründüğünden belki de onda da gözlemlenmeyi bekleyen bir jet vardır; ki bu çok heyecan verici olurdu!

Wikimedia

M87*, her yıl iki ila üç Güneş kütlesi madde tüketecek kadar gaz ve toz ile çevrilidir. Öte yandan Sagittarius A*'ya kütle akışı çok daha zayıftır. Dolayısıyla, astronomlar Sagittarius A*'da herhangi bir jet görmediklerine pek şaşırmamışlardı. Harvard Üniversitesi'nde astrofizikçi olan Michael Johnson, 2022'de bir basın toplantısında şunları söylemişti:

Karadeliğe akan sadece bir miktar malzeme görüyoruz. İnsan açısından bu, her milyon yılda bir yalnızca bir adet pirinç tanesi yemek gibi olurdu.

Issaoun, Sagittarius A*'nın geçmişte aktif zamanları olduğunu da söylüyor:

Geçmişte olası çıkışlara ve hatta karadelikten güç alan jetlere dair çok sayıda kanıt var. Ancak galaktik merkezin zorlayıcı çevresi nedeniyle Sagittarius A*'da hiçbir zaman bir jet görüntülenmedi. Bir jet bulmak, karadeliğimiz hakkında büyük bir keşif olacak ve onun Samanyolu'ndaki geçmişiyle bir bağlantı oluşturacaktır.

EHT'nin Nisan 2024'te tekrar Sagittarius A*'yı gözlemlemesi planlanıyor. Sürekli daha iyi teçhizatlar ile geliştirilen EHT, önümüzdeki on yıl içerisinde Sagittarius A*'nın yüksek çözünürlüklü görüntülerinin kaydedilmesine imkân tanıyacak ve oralarda bir yerlerde gizli bir jetin olup olmadığını ortaya çıkaracak.