Galaksimizin merkezindeki dev kara deliğin bir arkadaşı olabilir

Smadar Naoz

Harika kütleli kara deliklerin arkadaşları var mıdır? Galaksi oluşumunun tabiatı, karşılığın ‘evet’ olduğunu ve aslında muhteşem kütleli kara delik çiftlerinin cihanda yaygın olması gerektiğini gösteriyor.

Ben bir astrofizikçiyim ve birinci galaksilerin oluşumundan kara deliklerin, yıldızların ve hatta gezegenlerin kütle çekimsel etkileşimlerine varana kadar, astrofizik alanında çok çeşitli teorik meselelerle ilgileniyorum. Kara delikler ilgi cazibeli sistemlerdir ve muhteşem kütleli kara delikler ile onları çevreleyen ağır yıldız ortamları evrenimizdeki en uç yerlerden birini temsil eder.

Galaksimizin merkezinde bulunan ve ‘Sgr A*’ (Sagittarius A*) diye isimlendirilen muhteşem kütleli kara delik, Güneş’in yaklaşık 4 milyon katı kütleye sahiptir. Bir kara delik, kütle çekiminin inanılmaz derecede güçlü olduğu ve ne parçacıkların ne de ışığın kendisinden kaçamayacağı bir yerdir. Sgr A*’nın etrafını ağır bir yıldız kümesi sarar. Gökbilimcilerin bu muhteşem kütleli kara deliğin varlığını teyit etmesine ve kütlesini ölçmesine de işte bu yıldızların yörüngelerinin kesin biçimde ölçülmesi imkan sağladı. Bilim insanları, 20 yılı aşkın bir vakittir bu yıldızların muhteşem kütleli kara deliğin etrafında kat ettikleri yörüngeleri izliyorlar. Meslektaşlarım ve ben, gördüklerimize dayanarak, şayet bu kara deliğin orada bir arkadaşı varsa Güneş’in kütlesinin en az 100.000 katı büyüklükte bir kara delik olabileceğini düşünüyoruz.

MUHTEŞEM KÜTLELİ KARA DELİKLER VE ARKADAŞLARI

Samanyolu da dahil olmak üzere çabucak her galaksinin merkezinde Güneş’ten milyonlarca ve hatta milyarlarca defa büyük bir kütleye sahip olan harika kütleli bir kara delik bulunur. Gökbilimciler hâlâ galaksilerin merkezinin neden çoklukla harika kütleli bir kara deliğe konut sahipliği yaptığını araştırıyorlar. Takviye gören bir fikir, üstün kütleli kara deliklerin bir eşlikçiye sahip olma muhtemelliğine bağlanıyor.

Bu fikri anlamak için, kainatın yaklaşık 100 milyon yaşında olduğu vakitlere, birinci galaksilerin oluştuğu periyoda geri dönmemiz gerekir. Onlar, bugünkü gökadalardan çok daha küçüktü ve Samanyolu’ndan yaklaşık 10.000 kat ya da daha az kütleye sahiptiler. Bu birinci galaksilerde ölen birinci yıldızlar Güneş’in kütlesinin on ilâ bin katına varan bir kütleye sahip kara delikler yarattılar. Bu kara delikler yük merkezine, yani mesken sahibi galaksilerinin merkezine sürüklendi. Galaksiler birleşerek ve birbirleriyle çarpıştırarak evrimleştikleri için, galaksiler ortasındaki çarpışmalar muhteşem kütleli kara delik çiftlerini meydana getirir ve bu olay kıssanın değerli bir modülünü oluşturur. Akabinde kara delikler de çarpışırlar ve boyutları büyür. Güneşimizin kütlesinin bir milyondan fazla katı büyüklükte olan bir kara delik, ‘süper kütleli’ olarak kabul edilir.

Şayet hakikaten de bu muhteşem kütleli kara deliğin etrafında, yakın yörüngede dönen bir arkadaşı mevcutsa, galaksinin merkezi karmaşık bir dansa kilitlenir. İkilinin kütle çekimsel tesirleri de yörüngelerini bozan yakın yıldızlara kendi çekim tesirlerini uygularlar. İki muhteşem kütleli kara delik birbirlerinin yörüngesinde döner ve tıpkı vakitte her biri etrafındaki yıldızlara kendi çekiminin kuvvetini uygular.

Kara deliklerden kaynaklanan kütle çekimi kuvvetleri bu yıldızları onlara hakikat çeker ve yörüngelerini değiştirir; farklı biçimde söylersek, üstün kütleli kara delik çiftinin etrafında gerçekleşen bir dairesel dönüşten sonra, bir yıldız tam olarak başladığı noktaya geri dönmeyecektir.

Gökbilimciler, mümkün bir üstün kütleli kara delik çifti ile etraflarındaki yıldızlar ortasındaki kütle çekimsel etkileşime dair anlayışımızı kullanarak, yıldızlara ne olacağını öngörebilirler. Meslektaşlarım ve benim üzere astrofizikçiler, varsayımlarımızı müşahedelerle karşılaştırabilir, akabinde yıldızların mümkün yörüngelerini belirleyebilir ve muhteşem kütleli kara deliğin kütle çekimi tesiri uygulayan bir arkadaşı olup olmadığını anlayabilirler.

‘S0-2’ isimli uygun bildiğimiz ve her 16 yılda bir galaksinin merkezinde bulunan harika kütleli kara deliğin etrafındaki yörüngesini tamamlayan bir yıldızı kullanarak, Güneş’in kütlesinin 100.000 katından büyük ve Güneş ile Dünya ortasındaki uzaklığın yaklaşık 200 katından daha uzak olan ikinci bir muhteşem kütleli kara delik olduğu fikrini esasen eleyebiliriz. Şayet bu türlü bir eşlikçi olsaydı, ben ve meslektaşlarım S0-2’nin yörüngesine yapacağı tesirleri saptayabilirdik.

Fakat bu durum, daha küçük bir eşlikçi kara deliğin tekrar de orada saklanamayacağı manasına gelmiyor. Bu çeşit bir gökcismi, çarçabuk ölçebileceğimiz bir biçimde S0-2’nin yörüngesini değiştirmeyebilir.

ÜSTÜN KÜTLELİ KARA DELİK FİZİĞİ

Muhteşem kütleli kara delikler son periyotta çok revaçta. Bilhassa, M87 Galaksisi’nin merkezinde bulunan bu çeşit bir devle ilgili son imgeler, kara deliklerin gerisinde yatan fiziği anlamak için bizlere yeni bir pencere araladı.

Samanyolu’nun galaktik merkezinin yakınlığı -yalnızca 24.000 ışık yılı mesafede-, üstün kütleli kara delikler hakkındaki temel fiziğe ait sıkıntıları kıymetlendirmek noktasında bizlere eşsiz bir laboratuvar ortamı sunuyor. Mesela, benim üzere astrofizikçiler, galaksilerin merkezi bölgeleri üzerindeki tesirlerini ve galaksi oluşumu ile evriminde oynadıkları rolü anlamak isterler. Galaktik merkezinde bir üstün kütleli kara delik çiftinin bulunduğunun tespit edilmesi, Samanyolu’nun geçmişte öbür bir galaksiyle birleştiğini gösterecektir.

Etraftaki yıldızları gözlemlemenin bize anlatabileceği tek şey bu değil. S0-2 yıldızıyla ilgili ölçümler, bilim insanlarının Einstein’ın Genel Görelilik teorisi hakkında eşsiz bir deney gerçekleştirmelerine imkan sağladı. S0-2, 2018 yılının Mayıs ayında harika kütleli kara deliğe hakikat, Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığından sadece 130 kat fazla bir araya kadar yaklaştı. Einstein’ın teorisine nazaran, yıldızın yaydığı ışığın dalga uzunluğunun, harika kütleli kara deliğin derin kütle çekim kuyusundan tırmanırken uzaması gerekir.

Einstein’ın öngördüğü -ve yıldızın daha kırmızı görünmesine neden olan- uzayan dalga uzunluğu tespit edildi ve Genel Görelilik teorisinin bu çok kütle çekimi bölgesinde var olan fiziği isabetli biçimde tanımladığı ispatlandı. S0-2’nin yaklaşık 16 yıl içinde gerçekleşecek olan ikinci en yakın geçişini sabırsızlıkla bekliyorum; zira astrofizikçiler, yıldızların uzamış yörüngesinin yönelimindeki değişim de dahil olmak üzere, Einstein’ın Genel Görelilik’le ilgili öngörülerini daha fazla test edebilecekler. Tekrar de muhteşem kütleli kara deliğin bir eşlikçisi mevcutsa, bu durum beklediğimiz sonucu değiştirebilir.

NASA / ESA paydaşlığıyla faaliyette olan Hubble Uzay Teleskobu’ndan elde edilen bu manzara, iki büyük boyutlu gökada ortasında yaşanan galaktik çarpışmanın sonucunu gösteriyor. Bu yeni yıldız kaosu, ağır ağır devasa bir eliptik galaksiye dönüşmek üzere evrim geçiriyor. Görsel: ESA / Hubble ve NASA, Judy Schmidt.

Son olarak, şayet galaktik merkezde birbirinin etrafında dönen iki büyük kara delik varsa, grubumun de önerdiği üzere, yerçekimi dalgaları yayacaklardır. 2015 yılından bu yana, LIGO-Virgo gözlemevleri, yıldız kütleli kara delikler ve nötron yıldızlarının birleşmesinden ortaya çıkan kütle çekim dalgası radyasyonunu tespit edebiliyor. Bu çığır açan tespitler, bilim insanlarının cihanı anlamaları için yeni bir yol açtı.

Varsayımsal kara delik çiftimizin yayacağı dalgalar, LIGO-Virgo detektörlerinin algılayamayacağı kadar düşük frekanslarda olacaktır. Öbür yandan, LISA ismiyle bilinen planlanmış bir uzay bazlı detektör, astrofizikçilerin galaktik merkezdeki kara deliğimizin yalnız mı yoksa bir arkadaşı mı olduğunu anlamalarına yardım ederek bu dalgaları saptayabilir.

Makalenin yepyenisi The Conversation sitesinde yayımlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

Yorum bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir