MIT’de X-Işını Yankılanma Haritalaması ile Astronomide İlerleme

Kara delikler, Evren’deki en çok yanlış anlaşılan nesnelerden biridir. Karışıklığın büyük bir kısmı adlarından gelir. “Kara delik” sözlerini duyduğunuzda, uzay-zamanda belirli bir ölüme ya da başka bir şeye yol açan bir tünelle karşılaşabilirsiniz. Oysa gerçek şu ki, kara delikler, o kadar yoğunlaşmışlardır ki yüzeylerindeki yerçekimi kuvveti ışık hızına ulaşır ve sonuç olarak, “olay ufkü” denilen dış sınırlarından hiçbir şey (ışık dahil) kaçamaz.

MIT’nin Kavli Fiziksel Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde Profesör Erin Kara, kara delik fiziğinin en önünde yer alan bir grubu yönetiyor. Uzay ve yer tabanlı teleskoplardan elde ettikleri verileri kullanarak kara deliklerin özelliklerini, nasıl büyüdüklerini ve çevrelerini nasıl etkilediklerini inceliyorlar. Grup için özellikle ilginç olan, büyük galaksilerin merkezinde bulunan ve oluşumları ile evrimlerinde önemli rol oynayan süperkütleli kara deliklerdir (SMBH’ler).

Kara, Cambridge Üniversitesi Astronomi Enstitüsü’nde fizik alanında yüksek lisans eğitimini tamamlayarak bu alanda yolunu çizdi. Bir yıllık programı bitirdikten sonra, nispeten yeni bir konu olan kara delik X-ışını yankılanması üzerine doktora çalışmalarını burada sürdürdü. Astronomi Enstitüsü’nde Royal Society Araştırma Profesörü ve enstitünün X-ışını araştırma grubunun lideri olan Andy Fabian OBE FRS, tezinin danışmanıydı.

Bir kara deliğin anatomisi; madde biriktirme diski, olay ufkü ve diğer bölgeler vurgulanmış. Kaynak: NASA

2009 yılında Fabian ve ekibi, arşivdeki X-ışını verilerini incelerken, kara deliklerin etrafını saran taç biçiminde, yüksek enerjili bölge (korona) garip zaman gecikmeleri fark etti. Sinyalleri bir kara delik etrafındaki ilk X-ışını yankılanması kanıtı olarak yorumladılar. Ayrıca bu sinyallerin, kara deliğin koron üretimi X-ışınlarının, kara deliğin etrafında dönen gaz ve toz diskine (madde biriktirme diski) çarpıp yansimasından kaynaklandığını belirlediler. Kara şöyle açıkladı:

Sadece bir kara delikte bu yankıları bulmuşlardı. Ancak arşiv, bu yankılama sinyallerinin veriyle doluydu ve kimse bunları bu özel şekilde analiz etmemişti. Böylece tüm doktora zamanımı bu arşivle uğraşarak değerlendirdim ve gerçekten keşif odaklı bir süreçti.

Bu olay, Kara’yı kara deliklerin etrafındaki bölgeleri haritalamak için bir teknik olarak X-ışını yankılanmasını çalışmaya devam ettirdi. Doktorasını tamamladıktan sonra Maryland Üniversitesi ve NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde doktora sonrası çalışmalarını yürüttü; burada aynı zamanda Japon görevi Hitomi üzerinde de çalıştı. Görev uzayda 40 gün sonra başarısız olsa da, geri döndüğü veriler mikrokalıbrimetresi enstrümanını doğruladı.

Bu teknoloji daha sonra, Kara’ın süperkütleli kara deliklerin koronlarından yayılan X-ışını sinyallerini analiz eden bir bilim grubuna liderlik ettiği X-ışını Görüntüleme ve Spektroskopi Görevi (XRISM) için yol açtı. Ara sıralarda, MIT ekibiyle birlikte, şu anda Uluslararası Uzay İstasyonu (ISS) ile entegre edilmiş ve astrofiziksel kaynaklardan X-ışını zamanlamasını ölçen Nötron Yıldızı İç Yapı Keşifcisi (NICER) görevini geliştiren ekiple çalıştı.

MIT’nin Kavli Fiziksel Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde Prof. Erin Kara. Kaynak: Bryce Vickmark

Bugün, bilim insanlarının süperkütleli kara deliklerin etrafındaki aşırı bölgeleri haritalamasına yardımcı olan X-ışını yankılanması tekniğini geliştirmeye devam ediyor. Kendisi ve öğrencileri, XRISM, NICER ve diğer görevlerden gelen verileri analiz ederek kara deliklerin nasıl büyüdüklerini, evrimleştiklerini ve kendilerini çevreleyen galaksileri nasıl etkilediklerini daha iyi anlıyorlar. Buna ek olarak, grubu aynı zamanda gelgit yıkım olayları ve periyodik patlamalardan kara delik patlamalarına kadar değişen diğer aşırı X-ışını kaynaklarını da inceliyor.

Yaptıkları çalışmalar, önceki görüşleri zorlayan kara delikler hakkında bazı şaşırtıcı keşiflere yol açtı. Kara şunları söyledi:

Eskiden sistemlerin üzerinde sürekli gözümüz olamazdı. Şimdi, her zamankinden çok daha hızlı oranlarda açıp kapandıklarını görüyoruz. Kara deliklere, belki de yıldızların etrafında dönerken bir kara deliğin madde biriktirme diskine yakalanmasından kaynaklanan, düşündüğümüzden daha hızlı şekilde emildiklerini görüyoruz.

Kara’ın çalışmaları, yakında Ultraviolet Transient Astronomy Satellite (ULTRASAT) ve Laser Interferometer Space Antenna (LISA) gibi gelecekteki gözlemevlerine kadar uzanacak. Bu görevler, gökyüzünü sürekli olarak sıcak, ultraviolet kaynaklar için tarama yapacak ve kara delik birleşmelerinden kaynaklanan düşük frekanslı yerçekimi dalgalarını tespit edecek.

“İnsanlar olarak milyarlarca ışık yılı uzakta neler olup bittiği hakkında bir şeyler bilebilmemizin harika olduğunu söylüyor,” dedi. “Kütleli kara deliklerle ilgili, büyük heyecan duyduğum birçok yeni açık bulmaca var.”

İleri Okuma: MIT