Keşfedilen en ağır karadelik ikilisinin ağırlığı ölçüldü

Neredeyse her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir karadelik var. İki galaksi birleştiğinde, bunların karadelikleri ikili bir çift oluşturabiliyor; yani birbirine bağlı bir yörüngeye giriyorlar. Bu ikililerin nihayetinde birleşeceği varsayılsa da, böyle bir şey hiç gözlemlenmemişti.

Öte yandan süper kütleli karadeliklerin birbirlerine birkaç ışık yılı yaklaştıklarına dönük bulgular olsa da, görünüşe göre hiçbiri o nihai mesafenin üstesinden gelemediler. Böyle bir olayın mümkün olup olmadığı sorusu, final-parsek problemi olarak biliniyor ve gök bilimciler arasında onlarca yıldır tartışılıyor. Geçenlerde The Astrophysical Journal bilim bülteninde yayınlanan bir makalede ise araştırmacılar, bu soruyla ilgili yeni fikirler sunuyorlar.

Populer Science Türkçe'nin aktardığı çalışmaya göre araştırma takımı, ABD Ulusal Bilim Vakfına (NSF) bağlı NOIRLab tarafından işletilen Uluslararası Gemini Rasathanesinin diğer yarısı olan ve Hawai’de bulunan Gemini Kuzey teleskobundan aldıkları verileri kullanarak, eliptik B2 0402+379 galaksisi içerisindeki süper kütleli bir karadelik ikilisini analiz etti.

İki cismin de ayrı şekilde görülebilecek kadar detaylı yakalandığı tek süper kütleli karadelik ikilisi bu. İki süperkütleli karadelik içeren galaksilere yönelik gözlemler daha önce yapıldı ancak bu vakalarda söz konusu karadelikler birbirlerinden binlerce ışık yılı uzaytaydı; birbirlerine B2 0402+379’daki ikili gibi bağlı bir yörüngede olamayacak kadar uzaktalardı…

Ayrıca ikili, şimdiye kadar doğrudan gözlemlenen en ufak ayrışma rekorunu da taşıyor (sadece 24 ışık yılı kadar). Gücünü karadeliklerden alan daha küçük ayrışma olasılıklı diğer kaynaklar mevcut olsa da, bunlar dolaylı gözlemler yoluyla çıkarılmış ve bu yüzden en iyi aday ikililer şeklinde sınıflandırılabiliyorlar. Bu yakın ayrışma güçlü bir birleşmeyi haber verse de, yürütülen ek çalışmalar ikilinin bu mesafede üç milyar yılı aşkın süre boyunca takılıp kaldığını ortaya çıkardı. Bu durum, akıllara söz konusu gecikmenin neden kaynaklandığı sorusunu getiriyor.

KARADELİKLERİN TOPLAM KÜTLESİNİ ÇIKARTMAYI BAŞARDILAR

Sistemin ve duran birleşmenin dinamiklerini daha iyi anlamak isteyen araştırma takımı, Genimi Kuzey’in Çoklu-Cisim Tayfölçeri’nden (GMOS) alınan arşiv verilerine göz gezdirdi. Veriler, araştırmacıların karadeliklerin etrafındaki yıldızların hızını belirlemesini sağladı.

Stanford Üniversitesinde çalışan ve makalenin eş yazarı olan fizik profesörü Roger Romani, “GMOS’un mükemmel hassasiyeti, galaksinin merkezine daha yakından baktıkça yıldızların artan sürat haritalarını çıkarmamızı sağladı” diyor. “Bu bilgilerle, orada duran karadeliklerin toplam kütlesini çıkarmayı başardık.”

Araştırma takımı, ikilinin kütlesinin Güneş’ten tam 28 milyar kat yüksek olduğunu tahmin ediyor. Bu değer, ikiliyi şimdiye dek ölçülmüş en ağır karadelik çifti haline getiriyor. Söz konusu ölçüm ikili sistemin oluşumu ve ana galaksisinin tarihiyle ilgili değerli bilgiler sunmanın yanı sıra, bir süper kütleli karadelik ikilisinin olası bir birleşmeyi geciktirmede kilit bir rol oynadığına yönelik uzun zamandır süregelen bir kuramı da destekliyor.1980 yılında Begelman vd. tarafından ileri sürülen bu kuramın, uzun bir süredir galaksi merkezlerine dönük yürütülen onlarca yıllık gözlemlere dayalı olarak meydana geldiği iddia ediliyor.

Uluslararası Gemini Rasathanesinde NSF program müdürü olan Martin Still, “Uluslararası Gemini Rasathanesindeki veri arşivi, bilimsel keşifler için bir altın madeni niteliğinde” diyor. “Bu olağanüstü süperkütleli karadelik ikilisi için yapılan kütle ölçümleri, bahsettiğimiz zengin arşivin araştırıldığı yeni çalışmaların olası etkisini gösteren büyüleyici bir örnek.”

İkilinin nasıl oluştuğunun anlaşılması, birleşip birleşmeyeceklerinin ve ne zaman birleşeceklerinin tahmin edilmesine yardımcı olabilir. Bir dizi ipucu, ikilinin birden fazla galaksi birleşimiyle oluştuğuna işaret ediyor. Bunlardan ilki, B2 0402+379 isimli ‘fosil küme’: yani bütün bir galaksiye eşdeğer yıldız ve gazların tek bir dev galakside birleşmesinin sonucunda oluştu. Ek olarak toplam birleşik kütleleriyle beraber iki süper kütleli karadeliğin mevcudiyeti ise bu karadeliklerin, birden fazla galaksiden gelen daha ufak boyutlu birden fazla karadeliğin karışımıyla ortaya çıktıklarını akla getiriyor.

Süper kütleli karadelikler, galaktik bir birleşmenin ardından kafa kafaya çarpışmıyorlar. Bunun yerine birbirlerini yakın mesafeden ıskalayıp, birbirine bağlı bir yörüngeye yerleşiyorlar. Yaptıkları her geçişte, karadeliklerden çıkan enerji etraftaki yıldızlara aktarılıyor. İkili enerji kaybettikçe, birbirlerine sadece birkaç ışık yılı uzaklıkta durana kadar yaklaşıyorlar. Sonrasında kütleçekimsel ışınım devreye giriyor ve birleşiyorlar. Bu süreç yıldız kütleli karadelik ikililerinde doğrudan gözlemlenmişse de (ilk örneği, kütleçekim dalgalarının keşfi yoluyla 2015 yılında kaydedilmişti), süperkütleli bir karadelik ikilisinde hiç gözlemlenmemişti.

Sistemin bu son derece büyük kütlesine dair yeni bilgilerle beraber araştırmacılar, yörüngeyi yavaşlatmak ve ikiliyi birbirine böylesine yaklaştırmak için olağan dışı miktarda fazla yıldızın gerekeceğine karar verdiler. Bu süreçte karadelikler, yakınlarındaki neredeyse tüm maddeleri fırlatmış ve galaksinin çekirdeğinde hiç yıldız ve gaz bırakmadı. Artık ikilinin yörüngesini daha fazla yavaşlatacak madde kalmayınca, birleşme son aşamalarda duraksadı.

“Normalde daha hafif karadelik ikililerine sahip galaksiler, ikisini hızla yaklaştırmak için yeterli yıldız ve kütle barındırıyor” diyor Romani. Bu ikili çok ağır olduğundan, işi tamamlamak için çok fazla yıldız ve gaz gerekli. Fakat ikili galaksi merkezini bu tür maddelerden arındırmış ve kendilerini bizim çalışmamız için duraksar, erişilebilir hale getirdi.''

İkilinin duraksamanın üstesinden gelip gelemeyeceği ve nihayetinde milyonlarca yıllık zaman ölçeğinde birleşip birleşemeyeceği veya sonsuza kadar bu yörünge belirsizliğinde devam edip edemeyeceği henüz belli değil. Eğer birleşirlerse; sonuç olarak ortaya çıkan kütleçekim dalgaları, yıldız kütleli karadelik birleşimleriyle oluşan dalgalardan yüz milyon kat daha kuvvetli olacak. İkilinin bu nihai mesafeye başka bir galaksi birleşimiyle ulaşması da mümkün. Böyle olursa, sisteme ilave madde veya potansiyel bir üçüncü karadelik girecek ve ikilinin yörüngesi birleşecek kadar yavaşlayacak. Fakat B2 0402+379’un durumu fosil küme olduğundan, başka bir galaktik birleşim muhtemel görünmüyor.

Stanford Üniversitesinde lisans öğrencisi ve makalenin baş yazarı olan Tirth Surti, “B2 0402+379’un çekirdeğini daha fazla inceleyerek, ne kadar gazın mevcut olduğuna bakacağız” diyor. “Bu sayede süperkütleli karadeliklerin nihayetinde birleşip birleşmeyeceğine veya ikili olarak kalıp kalmayacaklarına dair daha çok fikir edinebileceğiz.”