Küresel yıldız kümesi Messier 4’ün Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü. Küme, birkaç yüz bin yıldızdan oluşan yoğun bir koleksiyondur. Gökbilimciler, Güneşimizin kütlesinin 800 katı kadar ağırlığa sahip orta kütleli bir kara deliğin çekirdeğinde görünmeden pusuda beklediğinden şüpheleniyorlar. Kredi: ESA/Hubble, NASA, Eduardo Vitral (STScI)
Parıldayan Bir Yıldız Adasının Merkezinde Karanlık Bir Merkezi Kütle pusuda bekliyor
Uzaydaki yerçekimi tuzakları, kara delikler, farklı boyutlarda gelir. Ya da daha doğrusu farklı kütleler, çünkü hepsi sonsuz derecede küçük. 1971’de keşfedilen ilk kara delik, Güneşimizin kütlesinin 21 katı ağırlığındaydı. Bir yıldızın patlaması ve çökmesiyle oluşmuştur. Tamamen farklı bir kara delik sınıfının örnekleri 1960’lar-1970’lerde tanımlandı. Güneşimizin kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katı ağırlığındaydılar. Tüm süper kütleli kara delikler gibi, bu canavarlar da büyük galaksilerin merkezinde yaşar.
Yani, kara delikler çok büyük veya çok küçük olabilir. Kayıp halka, Güneşimizin kütlesinin kabaca 100 ila 1000 katı ağırlığındaki orta kütleli bir kara delik. Diğer galaksilerde bir avuç bulundu. Belki de süper kütleli kara deliklere dönüşme yolundadırlar.
Küresel yıldız kümelerinin çekirdekleri, orta kütleli kara delikler için avlanma alanlarıdır. Galaksilerden daha küçüktürler ve buna uygun olarak daha küçük kara deliklere sahip olmalıdırlar. Yüzbinlerce yıldızdan oluşan bu kar küresi şeklindeki 150’den fazla koleksiyon, Dünya’nın etrafında dönen yapay uydular gibi Samanyolu galaksimizin yörüngesinde dönüyor. Bu kümelerde orta kütleli arka delikler için yapılan aramalar zor olmuştur. Şüphelenilen merkezi kara delik elbette doğrudan gözlemlenemez. Gökbilimciler, bir kovanın etrafındaki arılar gibi kara deliğin etrafında kaynaşan yıldızları izleyerek ikinci dereceden kanıtlar toplarlar. Hızlarına bağlı olarak, görünmez merkezi kütle, basit Newton fizik yasaları kullanılarak hesaplanabilir.
Yıldızları izlemek, Hubble Uzay Teleskobu’nun keskin çözünürlüğü ve uzun ömürlülüğü için biçilmiş kaftan olan titiz bir iştir. Yakındaki küresel yıldız kümesi Messier 4’ün on yılı aşkın süredir Hubble gözlemlerini inceleyen gökbilimciler, yaklaşık 800 güneş kütlesine sahip çok yoğun bir merkezi nesne olduğunu hesapladılar. O kadar derli toplu ki gözlemler, kümenin merkezinde neler olup bittiğine dair alternatif teorileri geçersiz kılıyor.
Bu, yıldızların bir yıldız etrafındaki hareketlerinin bir simülasyonu. küresel küme M4’ün çekirdeğinde şüphelenilen kara delik. Yıldız kümelerinin iç kinematiğini içeren “HST Legacy Survey of Galactic Globular Clusters: Shedding UV Light on Their Populations and Formation”a dayanmaktadır. M4’e yakınlaştırdıktan sonra, şüphelenilen kara deliğin bulunduğu kümenin merkezi kırmızı bir “X” ile vurgulanır. Kırmızı dairenin yarıçapı 1 ışık yılı çapından biraz daha azdır. Varsayılan orta kütleli kara deliğin etki alanıdır. 800 Güneş kütlesi olduğu tahmin edilen karadeliğin, Ay’ımızın yarı çapından biraz daha büyük bir olay ufku bulunuyor. Kara deliğin etki alanı, kütleçekim potansiyelinin yıldız alanının kütleçekim potansiyeline üstün geldiği bölgedir. Yıldız hareketlerinin kara deliğin yerçekiminden önemli ölçüde etkilendiği bir bölgedir. Yalnızca Hubble’ın keskin çözünürlüğü, bu hareketi on yılı aşkın bir süredir gözlemleyerek çizebilir. Bu videodaki en hızlı hareket eden yıldızlar kümede değil, bize çok daha yakın, Samanyolu yıldızlarının ön planında. Kredi: NASA, ESA, Mattia Libralato (ESA için AURA/STScI)
Hubble Uzay Teleskobu Evin Yakınındaki Orta Boyutlu Kara Delikleri Arıyor
NASA’nın Hubble Uzay Teleskobunu kullanan gökbilimciler, söyledikleri şey, 6.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan Dünya’ya en yakın küresel yıldız kümesinin kalbinde gizlenmiş olabilecek nadir bir “orta büyüklükte” kara delik sınıfının varlığına dair şimdiye kadarki en iyi kanıtlarından bazıları.{4 }
Uzayın dokusundaki yoğun yerçekimsel çukurlar gibi, neredeyse tüm kara delikler iki boyuttaymış gibi görünüyor: küçük ve devasa. Galaksimizin patlamış yıldızlardan oluşan 100 milyon küçük kara delik (Güneşimizin kütlesinin birkaç katı) ile dolu olduğu tahmin ediliyor.Nasıl oluşurlar, nerede takılırlar ve neden bu kadar nadir görülürler?
Gökbilimciler, çeşitli gözlem teknikleri kullanarak başka olası orta kütleli kara delikler belirlediler. En iyi adaylardan ikisi — Hubble’ın 2020’de keşfedilmesine yardım ettiği 3XMM J215022.4−055108 ve 2009’da tanımlanan HLX-1, diğer gökadaların eteklerindeki yoğun yıldız kümelerinde bulunuyor. Bu olası karadeliklerin her biri, onbinlerce güneş kütlesine sahiptir ve bir zamanlar cüce galaksilerin merkezlerinde bulunmuş olabilir. NASA’nın Chandra X-ışın gözlemevi, 2018’deki büyük bir örnek de dahil olmak üzere birçok olası ara kara delik keşfinin yapılmasına da yardımcı oldu.
Evimize çok daha yakından bakıldığında, bazı şüpheli orta kütleli kara delikler tespit edildi. Samanyolu galaksimizin yörüngesinde dönen yoğun küresel yıldız kümeleri. Örneğin, 2008’de, Hubble gökbilimcileri küresel küme Omega Centauri’de orta kütleli bir kara deliğin varlığından şüphelenildiğini duyurdu. Daha fazla veriye ihtiyaç duyulması da dahil olmak üzere bir dizi nedenden dolayı, bu ve diğer orta kütleli kara delik bulguları hala sonuçsuz kalıyor ve alternatif teorileri dışlamıyor.
Hubble’ın benzersiz yetenekleri, artık küresel yıldız kümesinin çekirdeği Messier 4 (M4), önceki aramalardan daha yüksek hassasiyetle kara delik avına çıkıyor. Maryland, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden Eduardo Vitral, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society’de bugün (23 Mayıs 2023) yayınlanan bir makalenin baş yazarı, “Hubble olmadan bu tür bir bilim yapamazsınız,” dedi. .
Vitral’in ekibi, kabaca 800 güneş kütlesine sahip olası bir orta kütleli kara delik tespit etti. Şüphelenilen nesne görülemez, ancak kütlesi, bir kovanın etrafında kaynayan arılar gibi, yerçekimi alanına yakalanan yıldızların hareketi incelenerek hesaplanır. Hareketlerini ölçmek zaman ve çok fazla hassasiyet gerektirir. Hubble, günümüzün başka hiçbir teleskobunun başaramadığını burada başarıyor. Gökbilimciler, Hubble’ın 12 yıllık M4 gözlemlerini incelediler ve nokta nokta yıldızları çözdüler.
Ekibi, M4’teki kara deliğin Güneş’imizin kütlesinin 800 katı kadar olabileceğini tahmin ediyor. Hubble’ın verileri, nötron yıldızları gibi çözülmemiş yıldız kalıntılarının kompakt bir merkezi kümesi veya birbirlerinin etrafında dönen daha küçük kara delikler gibi, bu nesne için alternatif teorileri ekarte etme eğilimindedir.
“Çok fazla yoğun kütleye sahip çok küçük bir bölgemiz olduğuna güvenimiz tam. Vitral, daha önce diğer küresel kümelerde bulduğumuz en yoğun karanlık kütleden yaklaşık üç kat daha küçük” dedi. “Kümenin merkezinde ayrılmış bir kara delikler, nötron yıldızları ve beyaz cüceler koleksiyonunu hesaba kattığımızda bölge, sayısal simülasyonlarla yeniden üretebileceğimizden daha kompakt. Bu kadar kompakt bir kütle konsantrasyonu oluşturamazlar.”
Birbirine sıkı sıkıya bağlı nesnelerin gruplandırılması dinamik olarak kararsız olacaktır. Nesne tek bir orta kütleli kara delik değilse, gözlemlenen yıldız hareketlerini üretmek için bir ışık yılının yalnızca onda biri kadar bir alana sıkıştırılmış tahmini 40 daha küçük kara delik gerektirecektir. Sonuç olarak, bir yıldızlararası langırt oyununda birleşecek ve/veya fırlatılacaklardır.
“Yıldızların hareketlerini ve konumlarını ölçüyoruz ve bu hareketleri yeniden oluşturmaya çalışan fiziksel modeller uyguluyoruz. Sonunda, kümenin merkezinde karanlık bir kütle uzantısı ölçümü elde ettik,” dedi Vitral. “Merkez kütleye ne kadar yakınsa, yıldızlar o kadar rastgele hareket ediyor. Ve merkezi kütle ne kadar büyükse, bu yıldız hızları da o kadar hızlıdır.”
Küresel kümelerdeki orta kütleli karadelikler çok zor olduğundan, Vitral şu uyarıda bulunuyor: “Bunun merkezi bir nokta olduğunu tam olarak doğrulayamıyoruz. yerçekiminin çok küçük olduğunu gösterebiliriz. Tek bir kara delik olması dışında açıklayamayacağımız kadar küçük. Alternatif olarak, en azından mevcut fizikte bilmediğimiz bir yıldız mekanizması olabilir.”
Referans: “M4 küresel kümesinde bulunması zor bir karanlık merkezi kütle”, yazan Eduardo Vitral, Mattia Libralato, Kyle Kremer, Gary A Mamon, Andrea Bellini, Luigi R Bedin ve Jay Anderson, 23 Mayıs 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stad1068
{2 }Hubble Uzay Teleskobu, NASA ve ESA arasındaki uluslararası bir işbirliği projesidir. NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi teleskopu yönetiyor. Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), Hubble ve Webb bilim operasyonlarını yürütür.