Süper Kütleli Kara Deliklerin ‘Hıçkırıkları’ Boyundan Bağımsız Aynı

Yıldızları yutarken ortaya çıkan gizemli bir olayın cevabı bulundu: Kara deliklerin boyundan bağımsız olarak ürettikleri ‘hıçkırıklar’ — yani yıldızlardan süpürüp uzaya fırlattıkları plazma jetleri — birbirleriyle neredeyse aynı. Yıldız kütleli kara deliklerden milyarlarca kez daha ağır olan süper kütleli kara deliklere kadar uzanan bu devasa boy aralığında, jetlerin oluşum mekanizmasının fizik kurallarının aynı kaldığı, İleri Araştırmalar Enstitüsü’nün Doğal Bilimler Okulu’ndan Andrew Mummery ve çalışma arkadaşı Adelle J. Goodwin’ın yeni araştırmasıyla ortaya kondu. Çalışma, kara deliklerin ‘midesi’ nasıl çalıştığını anlamaya çalışan bilim insanlarının uzun süredir taşıdığı bir sorunun cevabını veriyor.

Kara Deliklerin ‘Midesi’ Nasıl Çalışıyor?

Yıllardır bilim insanları, kara deliklerin boy ve kütle açısından birbirinden çok farklı olmasına rağmen, bunların altındaki fizik kurallarının aynı olabileceğini öne sürdü. Ancak bu teoriyi test etmek son derece zorlayıcıydı. Çünkü kara deliklerin merkezinde gerçekleşen bu süreçler binlerce, bazen milyonlarca yıl boyunca yavaş yavaş gelişiyor ve insan gözünün yakalayabileceği ölçekte gözlemlenemiyordu. Bu engeli aşmanın bir yolu, ‘kaynama olayları’ olarak da adlandırılan tidal disruption events’in (TDE, gelgit bozunma olayları) incelenmesinde yatıyordu. Bu yıkıcı olaylarda yutma süreci insan ömrünün kısa süresinde gözlemlenebilecek birkaç yıllık bir zaman dilimine sıkıştırılıyordu.

TDE’ler, bir yıldızın yörüngesi onu kara deliğin devasa yerçekimsel etkisine çok yaklaştığında gerçekleşiyordu. Bu yakınlık, yıldızın içinde devasa gelgit kuvvetleri yaratıyordu. Bu kuvvetler yıldızı yatay olarak ezerek dikey olarak uzatıyordu — bilinen ‘spagettileşme’ süreci. Sonra plazma makarnası kara deliğin etrafında çatalın etrafındaki makarnaya benzer şekilde sarılıyordu; ancak iyi makarnayı yemek bir o kadar da karışık bir iştir, kara delikler de devasa miktarda yıldız gıdasını döküyordu. Bu malzeme kara deliğin kutuplarına yönlendirilip ışık hızına yakın jetler olarak, binlerce ışık yılı uzayda yayılıyordu. Bu durum bazen ‘hıçkırık’ olarak adlandırılıyordu.

“Neden bazı süper kütleli kara delikler bir yıldızı parçaladıktan hemen sonra radyo jetleri fırlatırken, diğerleri tamamen uyku halindeymiş gibi duruyor, ancak aylar ya da hatta yıllar sonra jetlerini aniden ateşliyorlar?” sorusunun cevabını bulmak, İleri Araştırmalar Enstitüsü Doğal Bilimler Okulu’ndan araştırma yazarı Andrew Mummery’nin asıl merak ettiği konuydu. “Bu devasa bulmacayı gerçekten çözmek istiyorduk.”

Andrew Mummery, İleri Araştırmalar Enstitüsü Doğal Bilimler Okulu

Kara delik jetlerinin galaksilerin şekillenmesinde ve evriminde kritik rol oynadığı biliniyor. Mummery ve Goodwin, İspanya’nın Madrid şehrinde bir konferans sırasında bir bardayken, yıldız kütleli kara delik jetlerine uygulanan kuralların süper kütleli kara delik jetleri için de geçerli olmalı olduğunu fark ettiler. Bu fikri test etmek için, kara deliklerin yutma ve çıkış akışını modelleyebildikleri 20 TDE örneğine, geniş bir elektromanyetik radyasyon aralığındaki teleskop verilerine yöneldiler.

İki Aşamalı Jet Oluşumu

Mummery ve Goodwin’ın bulduğu, jetlerin iki ayrı aşamada oluştuğuydı. İlk aşama, belki de beklenen şekilde, süper kütleli kara deliğin en uç hızda yuttuğu anda gerçekleşiyordu. İkinci aşama ise çok daha sonra, yıldızın parçalanmasından potansiyel olarak yıllar sonra gerçekleşiyordu. Bu noktada süper kütleli kara deliğin yutma hızı, bilinen Eddington sınırı değerinin yalnızca %2’sine düşüyordu.

Eddington sınırı, yutan bir kaynağın yaydığı radyasyon o kadar yoğunlaşır ki, ürettiği basınç daha fazla yutulabilecek malzemeyi uzaklaştıran eşiğe karşılık geliyordu. %2 eşiğinin önemi şuydu: bu, yıldız kütleli kara deliklerin kendi jetlerini fırlattıkları noktaydı. Bu da kara deliğin ölçeğinden bağımsız olarak, güneşin birkaç kez kütlesine sahip olmasından bir milyara kadar olmasına rağmen, jet oluşumunun kara deliklerde aynı kaldığı anlamına geliyordu.

“Çalışmamızın, evrenimiz hakkında daha derin keşiflerin yolunu açmasını umuyoruz,” diyen Mummery, gelecekteki TDE’leri gözlemleyen astronomların jetlerin ne zaman fırlatılacağını yaklaşık olarak tahmin edebileceklerini vurguladı.

Andrew Mummery, İleri Araştırmalar Enstitüsü Doğal Bilimler Okulu

Çalışma, Perşembe günü (17 Eylül) bir astronomi dergisinde yayımlandı. Kara deliklerin ‘midesi’ nasıl çalıştığını anlamaya çalışan bilim insanları için bu bulgu, boy farkının ardındaki fizik kurallarının evrenin dört bir yanındaki kara deliklerde aynı olduğunu gösteren heyecan verici bir perspektif sunuyor.