X Şekilli Radyo Galaksileri Beklenenden Daha Kolay Oluşuyor Olabilir!

Gökbilimciler, geceleri göğü incelemek için radyo teleskobu kullandıklarında, genelde eliptik galaksilerle karşılaşıyorlar. Bu galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara deliklerin iki tarafından da jetler çıkıyor. Ancak arada bir, %10'dan daha az bir olasılıkla, gökbilimciler özel ve nadir bir şeyle karşılaşıyorlar: Uzaya doğru uzanan dört jeti ile, X şeklindeki bir "radyo galaksi".

Bu gizemli X şeklindeki radyo galaksileri son 20 yıldır astrofizikçilerin kafasını karıştırıyordu. Northwestern Üniversitesi'nde yapılan yeni bir araştırma, bu galaksilerin nasıl oluştuğuna dair yeni bulgular sundu. Bulgulara göre bu galaksilerin oluşumu, beklenmedik bir şekilde oldukça basitti. Ayrıca bu araştırma, düşünülenin aksine X şeklindeki galaksilerin oldukça yaygın olabileceğini buldu.

Astrophysical Journal Letters dergisinde yayımlanan araştırma, galaktik gazı uzak bir mesafeden başlayarak süper kütleli kara deliğe kadar takip eden ilk geniş kapsamlı galaksi yığılma simülasyonunu ortaya koydu.^[1]

Basit Koşullar, Karmaşık Sonuçlara Yol Açtı!

Yeni simülasyonlar kullanan Northwestern astrofizikçileri, süper kütleli kara deliklerin beslenmesi ile jetlerinin ve yığılma diskinin organik oluşumunu modellemek için basit koşullar hazırladı. Araştırmacılar simülasyonu çalıştırdıklarında basit koşullar, hiç beklenmedik bir şekilde kendiliğinden X şekilli radyo galaksisinin oluşumuna yol açtı.

Şaşırtıcı bir şekilde; araştırmacılar galaksinin karakteristik X şeklinin, jetlerin ve kara deliğin içine giren gazların karşılıklı etkileşiminin bir sonucu olduğunu tespit ettiler. Simülasyonun başlarında; açılıp kapanan jetler, düzensiz bir şekilde sallanıyor ve X şeklini andıracak biçimde, delik çiftlerini farklı yönlerde şişiriyordu. İçeri giren gazlar, yeni oluşmuş jetlerin yönlerini değiştiriyordu. Ancak en sonunda, jetler gazları bastırıp geçecek kadar güçleniyordu. Bu noktada jetler dengede kalıyordu, sallanmayı bırakıyordu ve bir eksen boyunca yayılıyordu.

Çalışmayı, Northwestern Üniversitesi Sanat ve Bilim Weinberg Fakültesi yüksek lisans öğrencisi ve Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi (CIERA) üyesi Aretaios Lalakos yönetti. Lalakos'a, araştırmada Northwestern Üniversitesi fizik ve astronomi öğretim üyesi ve CIERA'dan yardımcı yazar Sasha Tchekhovskoy ve CIERA'da doktora sonrası araştırmacı Ore Gottlieb eşlik etti. Lalabos çalışmalarını şöyle açıklıyor:

Basit simetrik başlangıç koşullarıyla bile oldukça karmaşık bir sonuç elde edebileceğimizi fark ettik. X şekilli radyo galaksilerinin en yaygın açıklaması, bunların iki galaksinin çarpışması sonucu gerçekleştiği. Bu açıklamaya göre, çarpışma sonucu galaksilerin süper kütleli kara delikleri birleşiyor ve bu, kalan kara deliklerin dönüşünü ve jetlerin yönünü değiştiriyor. Bir diğer fikir de jetin şeklinin, izole bir süper kütleli kara deliği saran büyük bir gaz ile etkileşime geçmesiyle değiştiği yönünde. Biz ilk defa, X şekilli radyo galaksilerinin aslında çok daha basit bir yolla oluştuğunu ortaya koyduk.

Tesadüfi X Şekli!

Radyo galaksileri görünür ışık yaysalar da aynı zamanda geniş radyo emisyon alanlarını da kapsıyorlar. Belki de en ünlü radyo galaksisi, evrendeki en devasa galaksi olan M87'dir. Olay Ufku Teleskobu 2019'da galaksi merkezindeki süper kütleli kara deliğini görüntülediğinde galaksi daha da ün kazandı. İlk defa 1992'de ortaya atılan X şekilli radyo galaksileri tüm radyo galaksilerin %10'undan azını oluşturuyor.

Lalakos, bir kara delik modeli yapmaya başladığında, X şekilli bir galaksi simüle etmeyi beklemiyordu. Bunun yerine amacı, kara delikler tarafından yenilen cisim miktarını ölçmekti. Simülasyona basit astronomik koşullar girdi ve sonra simülasyonu başlattı. Lalakos başlangıçta oluşmaya başlayan X şeklinin önemini kavrayamadı ama Tchekhovskoy coşkuyla tepki verdi. Lalakos olayı şöyle özetliyor:

'Dostum bu çok önemli. Bu bir X şekli!' dedi. Gökbilimcilerin bunu gerçek hayatta gözlemlediklerini ama nasıl oluştuklarını bilmediklerini söyledi. Biz bunu kimsenin tahmin edemeyeceği bir şekilde ortaya çıkardık.

Daha önce yapılan simülasyonlarda diğer astrofizikçiler, nasıl ortaya çıktıklarını anlamak için X şekilli yapıları yapay olarak oluşturmayı denediler. Ama Lalakos'un simülasyonu kendiliğinden X şeklini oluşturdu. Lalakos şöyle söylüyor:

Simülasyonumda hiçbir şey varsaymamaya çalıştım. Genellikle araştırmacılar, simülasyon ağının ortasına kara delik koyarlar. Ardından geniş gazdan bir diski etrafına yerleştirirler. Sonrasında diskin dışına ortama ait gaz da ekleyebilirler. Bu çalışmada simülasyon disksiz başlıyor ancak dönen gazlar kara deliğe yaklaştıkça disk kendiliğinden oluşuyor. Disk sonrasında kara deliği besliyor ve jetleri oluşturuyor. Mümkün olabildiğince basit varsayımlarda bulundum. Dolayısıyla tüm sonuç benim için şaşırtıcıydı. Daha önce kimse oldukça basit koşullara sahip simülasyonlarda X şekilli yapıyla karşılaşmamıştı.

Onları Görebilecek Kadar Şanslı Değiliz!

X şekli sadece simülasyonun başında, jetler güçleşip dengelenene kadar göründü. Dolayısıyla Lalakos, düşünülene kıyasla X şekilli radyo galaksilerinin evrende aslında daha sık göründüğüne ama çok az sürdüğüne inanıyor. Lalakos şöyle diyor:

Kara delik her yeni gaz alıp yemeye başladığında görünüyor olabilirler. Yani çok sık gerçekleşiyor olabilirler ama biz onları görecek kadar şanslı olmayabiliriz. Jet, gazı itecek gücü toplayana kadar görünüyorlar sadece.

Lalakos, bu X şekillerinin nasıl oluştuğunu anlamak için daha fazla simülasyon yapmayı düşünüyor. Yığılma disklerinin boyutu ve merkezi kara deliklerin dönüşü üzerine deney yapmayı sabırsızlıkla bekliyor. Lalakos diğer simülasyonlarında neredeyse görünmez olanından aşırı geniş olanına kadar yığılma diskleri kullandı. Ancak hiçbiri bu nadir X şeklini ortaya çıkarmadı. Lalakos şöyle ekliyor:

Evrenin birçoğu için, tam merkeze yakınlaşmak ve kara deliğin yakınında neler olduğunu görmek imkânsız. Üstelik gözlemlediğimiz şeyler de zamanla kısıtlanmış durumda. Eğer süperkütleli kara delik çoktan oluşmuşsa onun evrimini gözlemleyemeyiz çünkü insan ömrü bunun için çok kısa. Bu yüzden birçok durumda, bir kara deliğin yakınlarında neler olduğunu öğrenmek için simülasyonlara bel bağlamak zorundayız.