Bilim insanları 27 yıllık süperkütleli kara deliğin plazmayı dünyaya fışkırtmasını izledi

California Institute of Technology (Caltech) önderliğinde uluslararası bir bilim insanı ekibi, 3C 345 adlı blazarın merkezindeki süperkütleli kara delikten yayılan plazma püskürtmelerini kapsayan 27 yıllık veri setini analiz ederek, bu akışkanın dünyaya doğru hareketinin ilk kez video kalitesinde yeniden inşa edilmesini sağladı. Olay Ufku Teleskobu (EHT) ile de tanınan çok uzun baz interferometresi (VLBI) temelli radio görüntüleme verilerini kullanan ekip, derin öğrenme tabanlı Kine adlı algoritma sayesinde hem çözünürlükte hem dinamik aralıkta önceki çalışmalardan belirgin biçimde üstün sonuçlar elde etti. Araştırma, kara deliklerin etrafındaki manyetik süreçler ve jet dinamiği hakkında yeni sorular açarken, bulgular Ağustos ayında yayımlanan makaleyle bilim dünyasına sunuldu.

Kara delik motorları ve blazarların gizemi

Ekip, çalışmada öncelik olarak VLBI adı verilen radio görüntüleme tekniğiyle toplanan verileri kullandı; bu teknik, insanlığın bir kara deliğin ilk görüntüsünü yakalamasını sağlayan Olay Ufku Teleskobu (EHT) tarafından da kullanıldı. Bilim insanları uzun yıllardır VLBI’yi, merkezlerinde açlıca etraf gaz ve tozu yiyen bir süperkütleli kara delik barındıran galaksilerin bölge merkezlerinden patlayan jetlerini incelemek için kullanıyor. Belirli uzaklıktan gözlemlenen bu yapılar aktif galaksi çekirdeği (AGN) olarak adlandırılırken, püskürttükleri jetler doğrudan bizim görüş çizgimize doğru yönelince blazar terimi kullanılıyor.

“Blazar jetleri neredeyse ışık hızında yol alır ve geldikleri galaksinin çok ötesine çıkarlar. Bu jetler kara deliğin ve onun biriktirme diskinin etrafındaki güçlü manyetik alanlar tarafından ivlendirilir, ancak onları üreten kesin mekanizma hâlâ belirsizdir.” Genel olarak kara deliklere ve onların çevresindeki süreçlere—örneğin jelere ilgi duymamın nedeni, genel göreliliği test edebileceğimiz en uç rejim burasıdır; yerçekimini ve uzay-zamanı betimleyen şu ana kadar sahip olduğumuz en iyi ve en zarif teori genel göreliliktir.”

Marianna Foschi, Caltech araştırmacısı ve çalışmanın baş yazarı

Bir blazar jetinin yeniden inşası önemli bir sıçrayış getirdi

Son yıllarda yaklaşık 5,5 milyar ışık yılı uzaklıktaki 3C 345 blazarından yayılan plazmanın dünyaya doğru hareketini ilk kez video kalitesinde gösteren bu çalışma, Kine adını taşıyan gelişmiş bir video yeniden inşa algoritması kullanılarak gerçekleştirildi. Derin öğrenme modeliyle blazarın uzay ve zamandaki parlaklık dağılımını haritalayan algoritma, hem zaman hem de mekân boyutunda veri kullanımını optimize etti.

“Bu model, basit bir sinir ağından oluşur; videodaki uzay ve zamana ait korelasyonları öğrenir ve görüntünün uygun ‘düzleşme’ miktarını bulur. Kine’i kullanarak bireysel kareler yerine tam bir video yeniden inşa ettiğimiz için, önceki görüntülerle karşılaştırıldığında iki büyüklük derecesi daha iyi dinamik aralık ve dört kez daha iyi çözünürlüğe ulaştık.” Ayrıca daha iyi görüntü kalısının yanı sıra, ekibin video yeniden inşası zamanda süreklilik gösterdiğinden standart video işleme araçlarını jet içindeki her noktanın hareketini izlemek için kullanabildik.”

Marianna Foschi

Foschi’nin belirttiği gibi, bu yaklaşım jel dinamiğinin önceki tüm analizleriyle karşılaştırıldığında önemli bir ileri adımdır; çünkü eski yöntemler jeli yalnızca büyük ayrık parçaların bir koleksiyonu olarak yaklaşımla temsil edip ardından bu parçaların konumunu izleyebiliyordu. Böylece ekip, jet içindeki hareketin nokta noktadan takibini ilk kez sürekli biçimde gerçekleştirebildi.

Beklentilerin tersine dönen bir bulgu

Blazar çalışmalarındaki bu önemli sıçrayışa uygun olarak, video yeniden inşası araştırmacılara birkaç sürpriz de sundu. Süperkütleli kara deliklerden akan jelere dair genel kabul, parlak bölgelerin yol alan bir şok önünden kaynaklandığı ve şok önünün jelin geri kalanının hızından belirgin biçimde daha hızlı olması yönündeydi. Ancak 3C 345’den patlayan jelilerde durum böyle görünmüyor.

“Parlak, bileşkelі bileşenlerin jet boyunca ilerlediği hızın, jelin geri kalan plazmasının toplu akış hızıyla neredeyse aynı olduğunu bulmamız bizi şaşırttı. Yalnızca bir blazarı inceledik; bu nedenle sonuçlarımız genel olarak şok yorumunu sorgulatmaz, yalnızca 3C 345’in özel durumu için geçerlidir.”

Marianna Foschi

Ekip şimdi Kine algoritmasını diğer blazarların gözlemlerinde uygulama niyetinde; böylece hem şok modeli hem de plazmanın jel içinde nasıl hareket ettiği ve bu hareketi hangi mekanizmaların yarattığı konusunda aydınlatıcı bulgulara ulaşmayı umuyor.

“Kısa sürede çok sayıda gözlemden güvenilir ve yüksek kaliteli videolar üretebilen ilk ve tek görüntüleme yöntemi bu; dolayısıyla onlarca yıllık veriye sahip birçok kaynak için sistematik biçinde uygulanabilir.”

Marianna Foschi

Ekipin araştırması Ağustos ayında yayımlanan makaleyle bilim dünyasına sunuldu. Çalışma, kara delik çevresindeki manyetik çevrim ve jel dinamiği üzerine ilerki çalışmalar için yeni bir analiz altyapısı sunarken, 27 yıllık veri setinin doğru biçimde değerlendirilmesinin ne kadar değerli olduğunu da ortaya koyuyor.