Süper Kütleli Kara Delikler de Yıldızları Küçük Kara Deliklerle Aynı Şekilde Yutuyor!

9 Eylül 2018'de gökbilimciler, 860 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir galakside bir parlama gördüler. Kaynak, güneşin kütlesinin yaklaşık 50 milyon katı olan süper kütleli bir kara delikti. Normalde sakin olan kütleçekimi devi, gelgit bozulması olayı olarak bilinen nadir bir olay sonucu aniden uyanıp, civardan geçen bir yıldızı yuttu. Yıldız kalıntıları kara deliğe düşerken, muazzam miktarda enerjiyi ışık olarak etrafa saçtı.

MIT'den, Avrupa Güney Gözlemevi'nden ve diğer bir dizi enstitüden araştırmacılar, AT2018fyk adı verilen olayı izlemek için birden fazla teleskop kullandılar. Şaşırtıcı bir şekilde, süper kütleli kara deliğin yıldızı tüketirken çok daha küçük kütleli kara deliklere benzer özellikler sergilediğini gözlemlediler. Astrophysical Journal'da yayınlanan sonuçlar, akresyon (toplanma) denen ve kara deliklerin madde tükettikçe evrimleşme şeklinin, büyüklüklerinden bağımsız olduğunu öne sürüyor. MIT'nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırma Enstitüsü'nde araştırma bilimcisi olan çalışma yazarı Dheeraj "DJ" Pasham şöyle diyor:

Eğer bir kara delik gördüyseniz, bir bakıma tüm kara delikleri görmüş olduğunuzu gösterdik. Onlara bir gaz topu fırlattığınızda, hepsi aşağı yukarı aynı şeyi yapıyor gibi görünüyor. Onlar, söz konusu akresyon olduğunda, aynı şekilde davranan canavarlar.

Pasham'ın ortak yazarları arasında, Avrupa Güney Gözlemevi, Cambridge Üniversitesi, Leiden Üniversitesi, New York Üniversitesi, Maryland Üniversitesi, Curtin Üniversitesi, Amsterdam Üniversitesi ve NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki araştırmacılarla birlikte, baş araştırmacı bilim adamı Ronald Remillard ve MIT'den eski yüksek lisans öğrencisi Anirudh Chiti de yer alıyor.

Bir Yıldızın Uyanışı

Güneş'imizin yaklaşık 10 katı kütleye sahip küçük yıldız kütleli kara delikler, bir ışık parlaması yayarlarsa, bu genellikle eşlik eden bir yıldızdan gelen madde akışına tepki olarak olur. Bu radyasyon patlaması, kara deliğin etrafındaki bölgenin değişimini başlatır. Bir kara delik, yıldıza ait madde kara deliğe çekilirken, bir toplanma diskinin hakim olduğu durgun fazdan, "yumuşak" bir faza geçer. Malzemenin akış miktarı azaldıkça, tekrar beyaz ve sıcak bir koronanın (Güneş'i ve diğer yıldızları çevreleyen bir plazma aurasının) hakim olduğu "sert" bir aşamaya geçer. Sonunda kara delik tekrar sabit bir durgunluk durumuna gelir ve tüm toplanma (yığılma) döngüsü, birkaç hafta ila aylar boyunca sürebilir.

Fizikçiler, bu karakteristik toplanma döngüsünü birkaç on yıl boyunca çok sayıda yıldız kütleli kara delikte gözlemlediler. Ancak süper kütleli kara delikler için, bu devler normalde galaksinin orta bölgelerinde gazla yavaş yavaş beslenen gök cisimleri olduğundan, bu sürecin yakalanmasının çok uzun süreceği tahmin ediliyordu. Pasham şöyle diyor:

Bu süreç normalde süper kütleli kara deliklerde binlerce zaman diliminde gerçekleşir. İnsanlar böyle bir şeyi yakalamak için o kadar uzun süre bekleyemezler.

Ancak tüm bu süreç, bir kara deliğin ani ve büyük bir malzeme akışı yaşadığında (örneğin bir gelgit bozulması olayı sırasında) hızlanır. Bu gibi bir durum, bir yıldız bir kara deliğin gelgitle onu parçalara ayırabileceği mesafeye kadar yaklaştığında meydana gelir. Pasham şöyle diyor:

Bir gelgit bozulması olayında her şey, aniden olur. Kara deliğe ani bir gaz yığını atılır, kara delik aniden uyanır ve bu "Vay, o kadar çok yemek var ki, bırak yiyeyim, yiyeyim, bitene kadar yiyeyim." der. Böylece her şeyi kısa zaman diliminde deneyimlemiş olur. Bu, insanların yıldız kütleli kara deliklerde bildiği tüm bu farklı toplanma aşamalarını incelememize olanak sağlıyor.

Süper Kütleli Bir Döngü

Eylül 2018'de, Tüm Gökyüzünde Otomatik Süpernova Araştırması (İng: "All-Sky Automated Survey for Supernovae" veya kısaca "ASASSN"), ani bir patlama sinyallerini topladı. Bilim insanları, sonradan parlamanın, TDE AT2018fyk olarak etiketlenen süper kütleli bir kara deliği içeren bir gelgit bozulma olayının sonucu olduğunu belirlediler. Wevers, Pasham ve meslektaşları alarma geçti ve her biri ultraviyole ve X-ışını spektrumunun farklı bantlarını haritalamak için eğitilmiş birden fazla teleskopu sisteme yönlendirebildiler.

Ekip, X-ışını uzay teleskopları XMM-Newton ve Chandra X-Ray Gözlemevi'nin yanı sıra Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki X-ışını izleme aracı olan NICER ve Avustralya'daki radyo teleskoplarıyla birlikte Swift Gözlemevi'ni kullanarak iki yıl boyunca veri topladı. Pasham şöyle diyor:

Kara deliği yumuşak haldeyken ve bir toplanma diski oluşurken yakaladık. Emisyonun çoğunu ultraviyolede, çok azını da X-ışınında yakaladık. Sonra disk çöktü, korona güçlendi ve nihayet X-ışını spektrumunda çok parlak hale geldi. Sonunda beslenecek fazla gaz kalmadı ve genel parlaklık düşerek, saptanamayan seviyelere geri döndü.

Araştırmacılar, kara deliğin Güneş'imizin büyüklüğünde bir yıldızı gelgit şeklinde bozduğunu tahmin ediyor. Bu süreçte, yaklaşık 12 milyar kilometre genişliğinde muazzam bir toplanma diski oluşturdu ve yaklaşık 40.000 Kelvin olduğu tahmin edilen sıcaklık seviyesinde gaz yaydı. Disk zayıflayıp daha az parlak hale geldikçe, yoğun, yüksek enerjili X-ışınlarından oluşan bir korona, yavaş yavaş yok olmadan önce kara deliğin etrafındaki baskın faz olarak devraldı. Pasham şöyle diyor:

İnsanlar bu döngünün sadece 10 güneş kütlesi olan yıldız kütleli kara deliklerde gerçekleştiğini biliyorlardı. Şimdi bunu 5 milyon kat daha büyük bir şeyde görüyoruz.

Avrupa Güney Gözlemevi bilim kurulu üyesi olan, araştırmanın baş yazarı Thomas Wevers ise şöyle diyor:

Gelecek için en heyecan verici beklenti, bu tür gelgit bozulma olaylarının, toplanma diski ve korona gibi süper kütleli kara deliğe çok yakın karmaşık yapıların oluşumuna bir pencere sağlamasıdır. Bir yıldızın yok edilmesinin ardından bu yapıların aşırı çevrede (zor ortam koşullarında) nasıl oluştuğunu ve etkileşime girdiğini inceleyerek, onların varlıklarını yöneten temel fiziksel yasaları daha iyi anlamaya başlayabiliriz.

Sonuçlar, boyutları ne olursa olsun, kara deliklerin aynı şekilde toplanmayı deneyimlediğini göstermenin yanı sıra, bilim insanlarının bir korona oluşumunu baştan sona ikinci kez yakaladığını gösteriyor. Pasham şöyle diyor:

Bir korona, çok gizemli bir varlıktır ve süper kütleli kara delikler söz konusu olduğunda, insanlar var olan koronaları incelediler, ancak ne zaman ve nasıl oluştuklarını bilmiyorlar. Korona oluşumunu yakalamak için gelgit bozulma olaylarını kullanabileceğimizi gösterdik. Gelecekte bu olayları koronanın tam olarak ne olduğunu anlamak için kullanmaktan heyecan duyuyorum.