Kara delik ve birikim diski. Kredi: T. Müller (MPIA)
Heyecan verici bulgu, çok sayıda benzer keşif vaat ediyor.
ESA’nın Gaia astrometri görevinden elde edilen verileri kullanan gökbilimciler, bilinen en yakın kara deliği belirlediler; Dünya’dan 1600 ışıkyılı uzaklıkta ve kütlesini belirledi. Kara delik, Güneşimize benzer bir yıldızın yörüngesinde dönüyor ve kara deliğin yörüngesinde olduğu yıldızın izlenmesiyle tanımlandı. Aynı yöntemle keşfedilecek birçok kara deliğin ilki olması bekleniyor. Aynı zamanda, ikili yıldız sisteminin özellikleri beklenmedik olup, gökbilimcilerin en başta bu tür sistemlerin nasıl oluştuklarına dair anlayışlarında ciddi bir boşluk olduğunu göstermektedir.
Karadelikleri, tanımları gereği gözlemlemek zordur: kütle, çapı o kadar küçük olan bir bölgede yoğunlaşmıştır ki, ortaya çıkan son derece güçlü yerçekimi hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçmasına izin vermez. Yine de, bu nesneler uzun zamandır astrofizikteki yerlerini bulmuşlardır. Özellikle birkaç güneş kütlesine sahip sözde yıldız kara delikleri, çok büyük kütleli yıldızların son halidir. Şimdi, Kareem El-Badry (Max Planck Astronomi Enstitüsü [MPIA] ve Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi) liderliğindeki bir grup gökbilimci, bilinen en yakın kara deliği keşfetmek için yeni bir yöntem kullandı. Keşif ayrıca, ikili yıldız sistemlerinin oluşumu gibi mevcut astronomik bilgilerdeki boşlukları da ortaya koyuyor.
Gaia BH1 kara deliğine doğru yakınlaştırma. Arka plan: Samanyolu galaksisinin bölgesi; Panel 1: kara deliğin etrafında dönen yıldızın görüntüsü; Panel 2: yıldızın yeniden oluşturulmuş yörüngesi; Panel 3: Yıldızı ve kara deliği yakından görebilseydik görülebilecek göreli ışık bükme efektleri. Kaynak: T. Müller (MPIA), PanSTARRS DR1 (K. C. Chambers ve ark. 2016), ESA/Gaia/DPAC (CC BY-SA 3.0 IGO)
Tahmin edilen yüz milyon kara yıldız vardır galaksimiz Samanyolu’ndaki delikler, ancak şimdiye kadar yalnızca küçük bir kısmı tespit edildi. Bazıları, yıldız karadeliklerinin neredeyse yüz birleşmesini ölçen ve karadelik kütleleri hakkında ek veriler sağlayan yerçekimi dalgası dedektörleri tarafından tespit edildi.
Teleskop gözlemleri kullanılarak tespit edilen birkaç düzine yıldız karadeliğinden, çoğu, bir yardımcı yıldızın yörüngesinde, kara deliğin yerçekiminin, eşlik eden yıldızdan hidrojen gazını kara deliği çevreleyen sözde bir toplanma diskine çekmesine yetecek kadar yakındır. Ardından gaz, önemli miktarda X-ışınları yayacak kadar ısınır. Bu türde bilinen 20 “X-ışını ikili dosyası” ve ek olarak 50 aday nesne vardır.
İkili sistemlerde “hareketsiz” kara delikler – X’i olmayan kara delikler – bulmak için de birkaç girişimde bulunuldu. ışın yayan disk. Tercih edilen araç: bir yıldızın hareketi hakkında bilgi içeren yıldız ışığının gökkuşağı benzeri ayrışması olan yıldız tayfları. Bunu günlük yaşamdan, ses için “Doppler etkisinden” biliyoruz: yüksek sesli sirenli bir ambulans bize doğru gelirken daha yüksek, bizi geçtikten sonra daha alçak ses çıkaracaktır. Benzer şekilde, yıldız tayfındaki ışık bize bir yıldızın doğrudan bize doğru veya bizden uzağa doğru hareketini anlatır.
Bu video Samanyolu’nu yıldız kara deliğinin konumuna yakınlaştırır “Gaia BH1” şu anda Dünya’ya en yakın kara delik. Konuma vardıktan sonra Güneş benzeri bir yıldızın Gaia BH1 etrafındaki yörüngesini görüyoruz.
Geçtiğimiz birkaç yılda, yalnızca yıldız tayflarından bir ikilinin yörüngesini ve görünmeyen bir yoldaşın kütlesini çıkarmaya çalışan hareketsiz kara delik keşiflerine dair birkaç iddia oldu. Bununla birlikte, biri hariç hepsi (El-Badry’nin ortak yazar olduğu ikili sistem VFTS 243’ün Haziran 2022’de keşfi) o zamandan beri takip çalışmaları tarafından sorgulandı veya tamamen reddedildi. Anahtar sorun: Spektrum, yıldız hareketi ve dolayısıyla yörünge ve yoldaşın kütlesi hakkındaki bilgilerin yalnızca bir kısmını verir.Gaia, yıldız konumunun ultra hassas ölçümleri için tasarlanmıştır. Buna, gökyüzündeki görünür bir yıldızın hareketini algılama ve bundan, görünmeyen bir yoldaşın varlığını anlama yeteneği dahildir.
Gaia BH1. Kredi: PanSTARRS DR1 (K. C. Chambers ve diğ. 2016)
Bir kara delik içeren bu tür bir ikili dosya, toplam ikili dosya sayısına kıyasla yine de çok nadir olacaktır. Bu nedenle, bu durumda, Gaia’nın kapsamı, anketin doğruluğu kadar önemlidir: yüz binden fazla ikili sistem için yüksek kaliteli veriler, samanlıkta iğneyi bulmak için adil bir şans sağlar; birçok sıradan ikili dosya.
Gaia ile tespit edilen ikili sistemler için yörünge verilerini içeren ilk veri sürümü 3 (Gaia DR3) 2022 Haziran ayının ortalarında yayınlandığında, Kareem El-Badry, MPIA ile birlikte yönetmen Hans-Walter Rix ve meslektaşları, olası adaylar için doğrudan verileri elemeye koyuldu. Genel olarak, ikili bir sistemdeki iki nesne birbirinin yörüngesinde dolanırken, her biri gökyüzünde küçük bir elips çizer. Gaia DR3, bu tür 168.065 küçük elipsin veya bunların parçalarının verilerini içerir.
Araştırmacılar, parlak bir yıldızın hatırı sayılır bir kütleye sahip görünmez bir yoldaş tarafından sürüklendiği sistemleri seçme olasılığı özellikle yüksek olan seçim kriterlerini uygulayarak, kümeleri altı olası adaya indirildi. Altı adayın tümü daha yakından incelemeyi garanti ediyordu: yıldızın tayfından elde edilen radyal hız ölçümlerinin tamamlayıcı bilgilerinin yardımıyla, doğrudan bize doğru veya bizden uzağa doğru hareket hakkında bilgi veriyordu.
Radyal hızların ve Gaia’nın konumlar, tabiri caizse, aynı madalyonun iki yüzüdür, önemli tutarlılık kontrollerini mümkün kılar. Gökbilimciler, astronomik arşivlerde bulunan mevcut spektral verileri kullanarak adaylardan üçünü hemen elemeyi başardılar. Bu durumlarda, mevcut radyal hız verileri, Gaia’nın ikili yörünge yeniden yapılandırmasıyla açıkça çelişiyordu.
Yörünge periyodu çok uzun olan Gaia verilerinin yeniden oluşturulmuş yörüngeye kötü uyması başka bir adayın elenmesini sağlayabilirdi. Gaia’nın bunu en başta ölçememesi gerekirdi. Ek spektral ölçümleri bekleyen beşinci bir aday hâlâ değerlendiriliyor.
Gaia BH1 yörüngesi. Kredi: T. Müller (MPIA)
Araştırmacıların “Gaia BH1” olarak adlandırdığı geri kalan aday Gaia DR3 4373465352415301632, tasarıya çok iyi uyuyordu: mevcut tüm veriler tutarlıydı. Daha fazla kesinlik için, gökbilimciler ayrıca Gaia BH1’in ek hedefli gözlemlerini gerçekleştirdiler: 6,5 m Magellan Clay teleskopu, 8,1 m Gemini-Kuzey teleskopu, 10 m Keck I teleskopu ve yeni veri noktalarından aslan payı için, MPIA’nın ESO’nun La Silla gözlemevinde çalıştırdığı 2,2 m ESO/MPG teleskobu.
Yörünge yeniden inşası devam etti. Gaia BH1, her 185,6 günde bir Güneşimize çok benzeyen bir yıldızın yörüngesinde dönen yaklaşık 10 güneş kütlesine sahip görünmez bir nesneye sahip bir sistemdi. Yıldız ile yoldaş arasındaki mesafe, ortalama Dünya-Güneş mesafesi kadardır. 10 güneş kütleli nesne başka bir yıldız olsaydı, mutlaka arkadaşından çok daha parlak olurdu. Bunun yerine, ne Gaia ne de takip gözlemleri ikinci bir yıldızın izini göstermiyor.
Bu, Gaia BH1’i bir kara delik için mükemmel bir aday yapıyor ve yaklaşık 1560 ışıkyılı uzaklıkta, açık ara kara delik gökbilimcilerin şimdiye kadar buldukları Dünya’ya en yakın delik, önceki rekor sahibinin mesafesinin yarısından daha az!
Gaia verileri, yeni keşif için çok önemliydi. El-Badry, “Gaia BH1 kara deliğini bulmak için kullandığımız veri ürünlerini üretmek için yüzlerce araştırmacı çalıştı. Bu keşif sadece bize değil, Gaia ortak çalışmasına da ait.”
İstatistiksel olarak, yakınlık galakside çok sayıda benzer sistemin olması gerektiğini ima ediyor. Yine de “sayısız”a bir sayı koymak zordur. Ancak El-Badry ve meslektaşları, şu anda 2025’in sonundan önce olmaması beklenen bir sonraki büyük Gaia veri yayını olan DR4’ün düzinelerce benzer sistemin keşfedilmesine izin vereceğine dair oldukça iyi bir tahmine sahip.
Geriye dönüp baktığımızda Kareem El-Badry keşif hakkında şunları söylüyor: “Son dört yıldır Gaia BH1 gibi bir sistem arıyordum, her türlü yöntemi denedim ama hiçbiri işe yaramadı.Analiz edilecek bir nesneye sahip olmak, sıfırdan büyük bir yükseltmedir ve şimdi ondan öğrenebileceğimiz her şeyi öğrenmek için çalışmamız ve aynı zamanda gelecekteki Gaia veri sürümlerinde daha büyük bir örnek için hazırlanmamız gerekiyor.”
Gaia BH1, bir muhteşem, ama aynı zamanda şaşırtıcı bir keşif. Böyle bir sistemin ilk etapta nasıl oluşabileceğini açıklamak zor. Spesifik olarak, daha sonra bir kara deliğe dönüşen ata yıldızın en az 20 güneş kütlesi kütlesine sahip olması beklenirdi, bu da ömrünün çok kısa olduğu anlamına gelir – birkaç milyon yıl mertebesinde. Eğer her iki yıldız da aynı anda oluşmuş olsaydı, bu büyük kütleli yıldız bir süperdeve dönüşecek, şişip yıldızların ortak yörüngesinin çok ötesinde uzayı yutacaktı, diğer yıldız uygun bir hidrojen- haline dönüşecek zamanı bile bulamadan. yanan (“ana dizi”) yıldız.
Güneş kütleli yıldızın bu olaydan nasıl sağ çıkıp, kara delik ikili gözlemlerinin gösterdiği gibi görünüşte normal bir şekilde sona erdiği hiç açık değil. Hayatta kalmaya izin veren teorik modellerin tümü, güneş kütleli yıldızın aslında gözlemlenenden çok daha dar bir yörüngede olması gerektiğini tahmin ediyor.
Bu, daha sıra dışı oluşum senaryoları bırakıyor. Örneğin, iki orijinal yıldız, bir yıldız kümesinin parçası olarak oluşmuş olabilir. Başlangıçta, birbirlerinden önemli ölçüde daha uzak olacaklardı, bu nedenle büyük kütleli yıldızın süperdev fazı, güneş kütleli yıldızın evrimini bozmayacaktı. Sistemin kümedeki ilave yıldızlarla yakın karşılaşmaları daha sonra yörüngeyi bugünkü çok daha küçük boyutuna getirebilirdi.
Alternatif olarak, sistemin aslında iki değil üç bileşeni olabilir: Yerine iki büyük yıldız biri, birbiriyle yakın yörüngede ve tek güneş kütleli yıldız, büyük çiftin etrafında daha uzak bir mesafeden dönüyor. İki büyük yıldız, birbirlerinin süperdevlere dönüşmesini engelleyecekti. Bu durumda, 10 güneş kütleli nesne tek bir kara delik değil, birbirinin etrafında yakın yörüngede dönen bir çift kara delik olabilir. Yörüngedeki bu çift, tek güneş kütlesine sahip yıldız üzerinde biraz farklı çekim kuvvetleri uygulayacağından, gelecekteki kesin gözlemler bu olasılığı doğrulayabilir veya ortadan kaldırabilir.
Sonuç olarak, Gaia BH1 en az üç şeyi bir arada sunar: Bilinen en yakın kara deliğin heyecan verici bir keşfi, daha önce tespit edilen herhangi bir kara deliğin yarısı kadar uzakta. Bu, önümüzdeki birkaç yıl içinde benzer keşiflerin geleceğinin bir vaadidir, ancak aynı zamanda ikili veya daha genel olarak çoklu yıldız sistemlerinin oluşumu hakkında mevcut astronomik bilginin sınırlarının ciddi bir hatırlatıcısıdır.
Daha fazlası için bu araştırma hakkında:
- Gökbilimciler Dünya’ya En Yakın Kara Deliği Keşfettiler
- Kozmik Arka Bahçemizdeki İlk Hareketsiz, Yıldız Kütleli Kara Delik
Referans: ” Bir kara deliğin etrafında dönen Güneş benzeri bir yıldız” yazan Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, Eliot Quataert, Andrew W Howard, Howard Isaacson, Jim Fuller, Keith Hawkins, Katelyn Breivik, Kaze WK Wong, Antonio C Rodriguez, Charlie Conroy , Sahar Shahaf, Tsevi Mazeh, Frédéric Arenou, Kevin B Burdge, Dolev Bashi, Simchon Faigler, Daniel R Weisz, Rhys Seeburger, Silvia Almada Monter ve Jennifer Wojno, 2 Kasım 2022, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
{ 8}DOI: 10.1093/mnras/stac3140
.