Arşiv teleskop verilerini kullanma İkizler KuzeyGökbilimciler şimdiye kadar bulunan en ağır süper kütleli kara delik çiftini ölçtüler. İki süper kütleli kara deliğin birleşmesi uzun zamandır tahmin edilen ancak hiçbir zaman gözlemlenmeyen bir olgudur. Bu devasa çift, evrende böyle bir olayın neden olası görünmediğine dair ipuçları sağlıyor.
Hemen hemen her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. İki galaksi birleştiğinde kara delikleri ikili bir çift oluşturabilir, yani birbirlerine bağlı bir yörüngede olabilirler. Bu ikili çiftlerin zamanla birleşeceği varsayılıyor, ancak bu hiçbir zaman gözlemlenmedi. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu gökbilimciler arasında onlarca yıldır tartışma konusu olmuştur.
Gökbilimciler, eliptik gökada B2 0402+379'da bulunan süper kütleli ikili kara deliği analiz etmek için, Ulusal Fizik Enstitüsü'nün NOIRLab'ı tarafından işletilen Gemini Uluslararası Gözlemevi'nin yarısı olan Hawaii'deki Gemini Kuzey teleskopundan elde edilen verileri kullandı. Her iki nesneyi ayrı ayrı görmeye yetecek kadar ayrıntılı görülen tek süper kütleli ikili kara deliktir ve doğrudan ölçülen en kısa mesafe rekorunu (sadece 24 ışıkyılı) elinde tutmaktadır. Bu kadar yakın bir mesafe güçlü bir birleşme için iyiye işaret olsa da, daha ileri araştırmalar, paritenin üç milyar yıldan fazla bir süredir bu mesafede sıkışıp kaldığını ortaya çıkardı ve bu da şu soruyu akla getiriyor: Gecikmenin nedeni nedir?
Ekip, bu sistemin dinamiklerini ve duraklayan birleşmesini daha iyi anlamak için, kara deliklerin yakınındaki yıldızların hızlarını belirlemelerine olanak tanıyan Gemini Kuzey Çok Nesneli Spektrograftan (GMOS) alınan arşiv verilerine başvurdu.
Stanford Üniversitesi'nden fizik profesörü ve makalenin yazarlarından biri olan Roger Romani, "GMOS'un dikkat çekici hassasiyeti, yıldızların galaksinin merkezine yaklaştıkça hızlarındaki artışın haritasını çıkarmamıza olanak sağladı" dedi. "Bu sayede mevcut kara deliklerin toplam kütlesi hakkında bir sonuca varabildik."
Ekip, ikili kara deliğin kütlesinin Güneş'in kütlesinin 28 milyar katı olduğunu ve bu çiftin bugüne kadar ölçülen en ağır ikili kara delik olduğunu tahmin ediyor. Bu ölçüm yalnızca ikili sistemin oluşumu ve ona ev sahipliği yapan galaksinin tarihi için değerli bir bağlam sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda süper kütleli bir ikili kara deliğin kütlesinin potansiyel bir birleşmeyi engellemede kilit bir rol oynadığına dair uzun süredir savunulan teoriyi de doğruluyor.
Gemini Uluslararası Gözlemevi NSF program direktörü Martin Still, "Gemini Uluslararası Gözlemevi veri arşivi, kullanılmamış bilimsel keşiflerden oluşan bir altın madeni içeriyor" dedi. "Bu süper kütleli ikili kara deliğin kütlesinin ölçülmesi, bu zengin arşivi inceleyen yeni araştırmanın potansiyel etkisinin çarpıcı bir örneğidir."
Bu ikilinin nasıl oluştuğunu anlamak, birleşip birleşmeyeceğini ve ne zaman birleşeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir; birkaç ipucu, çiftin birden fazla gökadanın birleşmesinden oluştuğunu göstermektedir. Birincisi, B2 0402+379 bir "fosil kümesidir", yani tüm bir gökada kümesindeki yıldızların ve gazların tek bir büyük gökadada birleşmesinin sonucudur. Ek olarak, iki süper kütleli kara deliğin varlığı, bunların büyük birleşik kütleleriyle birleşmesi, bunların farklı galaksilerden birkaç küçük kara deliğin birleşmesinden oluştuğunu düşündürmektedir.
Galaktik birleşme sonrasında süper kütleli kara delikler kafa kafaya çarpışmaz. Bunun yerine, sınırlı bir yörüngeye yerleşerek birbirlerinin yanından uçmaya başlarlar. Her geçişte enerji kara deliklerden çevredeki yıldızlara aktarılıyor. Enerji kaybeden çift, aralarında ışık yılı mesafe olana kadar giderek daha da yakınlaşır, burada yerçekimsel radyasyon devreye girer ve birleşirler. Bu süreç, yıldız kütleli kara delik çiftlerinde doğrudan gözlemlendi (ilk vaka, yerçekimsel dalgaların tespiti sayesinde 2015 yılında kaydedildi) ancak ikili süper kütleli sistemlerde hiçbir zaman gözlemlenmedi.
Sistemin son derece büyük kütlesine dair yeni bilgiler edinen ekip, ikili sistemin yörüngesini onları birbirine yaklaştıracak kadar yavaşlatmanın son derece fazla sayıda yıldıza ihtiyaç duyacağı sonucuna vardı. Bu süreçte kara delikler etraflarındaki maddenin neredeyse tamamını dışarı atmış, galaktik çekirdeği yıldızlardan ve gazdan yoksun bırakmış gibi görünüyor. Çiftin yörüngesini daha da yavaşlatacak malzeme olmadığından birleşmeleri son aşamalarında durdu.
Romani, "Daha hafif kara delik çiftlerine sahip galaksiler genellikle hızla yakınlaşmaya yetecek kadar yıldıza ve kütleye sahip görünüyor" diyor. “Bu çift çok ağır olduğundan işin yapılabilmesi için çok fazla yıldıza ve gaza ihtiyacı var. Ancak ikili, merkezi galaksiyi bu tür maddelerden temizleyerek onu donmuş ve çalışmamız için kullanılabilir hale getirdi."
Durgunluğun üstesinden gelip milyonlarca yıl içinde birleşecekler mi, yoksa sonsuza kadar yörünge belirsizliğinde mi kalacaklar, zaman gösterecek. Birleşirlerse ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yıldız kütleli kara deliklerin birleşmesiyle üretilen dalgalardan 100 milyon kat daha güçlü olacak.
Çiftin bu son mesafeyi, sisteme ek malzeme soluyacak başka bir galaktik birleşme yoluyla veya belki de çiftin yörüngesini birleşmeye yetecek kadar yavaşlatacak üçüncü bir kara delik yoluyla aşması mümkündür. Ancak B2 0402+379'un fosil kümesi statüsü göz önüne alındığında, yeni bir galaksi birleşmesi pek mümkün görünmüyor.
Stanford yüksek lisans öğrencisi ve makalenin başyazarı Tirth Surti, "B2 0402+379'un çekirdeği hakkında daha fazla araştırma yapmayı sabırsızlıkla bekliyoruz, burada ne kadar gaz içerdiğini göreceğiz" dedi. "Bu bize süper kütleli kara deliklerin zamanla birleşip birleşemeyeceği veya ikili sistem olarak mı kalacakları konusunda daha fazla fikir verecek."
Ayrıca okuyun: