Orta-Kütleli Kara Delik Nedir?

Ufak, yıldız-kütleli ve ardından devasa, süper-kütleli kara delikler saptadık. Peki ya aradakilere ne demeli?

Kara delikler bilim kurgu için uzun bir süre boyunca iyi bir malzeme oldu – haklı olarak. Bu tasavvuru imkânsız yoğun cisimler, küçücük hacimlere sıkışmış o kadar çok madde içeriyor ki; çekim kuvveti, ışığın bile yüzeyinden kaçmasını engelleyebilecek kadar güçlü.

Kara deliklerin ilk tahmini 250 yıl önce, bir İngiliz filozof ve papaz John Michell tarafından yapılmasına rağmen, ilk kara delik adayı Cygnus X-1, 1971’e kadar keşfedilmemişti. O zamandan beri, astronomlar yorulma bilmeksizin, bu bir zamanların efsanevi canavarıyla alakalı sayısız soruyu ortadan kaldırdılar. Ama en basit ve kalıcı sorulardan biri hâlâ gizemini koruyor: Her büyüklükte kara delik var mı?

Küçük ve Geniş mi, Küçükten Genişe mi?

Geçmiş birkaç onyıldan beri, gökbilimciler, kütle spektrumunun her iki ucundaki kara deliklerin varlığına ilişkin çokça kanıt derleyip topladılar. Araştırmacılar, yıldız boyutlu kardeşlerinin kütlesinin milyar katına ulaşabilen süper-kütleli kara deliklerin yanısıra, Güneş’in kütlesinin birkaç katından 100 katı kadar ağırlığında olan küçük kara delikler keşfetti.

Yıldız-kütleli kara deliklerin, diğerlerine nazaran büyük bir yıldız olağanüstü bir biçimde öldüğünde şekillendiği sanılıyor. Yorgun yıldızın yakıtının son izlerini hızlıca harcaması üzerine, yıldızın muazzam çekim kuvveti kendi üzerine çökmesine neden olur. Eğer çöken yıldız çok büyük değilse, düşmekte olan madde yıldızın yoğun çekirdeğinden geri seker. Bu, ardında çoğunlukla ufacık beyaz bir cüce veya nötron yıldızı bırakan bir süpernova patlamasına sebep olur. Ama eğer hayatta kalan artık, Güneş’in kütlesinin 3 katından fazlaysa, çok yoğun nötronlar bile bir şehir büyüklüğündeki çekirdeğin, yıldız-kütleli bir kara deliğe doğru çöküşüne devam etmesini engelleyemez.

Diğer bir tarafta, kara deliklerin süper-kütleli kara delikler olarak bilinen ve hepsi olmasa da çoğu büyük galaksinin merkezi yerçekim noktası olarak hizmet veren başka bir sınıfı daha var. Süper-kütleli kara delikler kütlece Güneş’in milyonlarca, hatta milyarlarca katı olmasına rağmen, tüm maddeyi, aşağı yukarı tek bir yıldızın boyutunda bir bölgeye sığdırıyor. Bu dev kozmik yaratıkların tüm evrende var oldukları hakkında bir sürü kanıt var ama nasıl ve ne zaman oluştukları hâlâ gizemini koruyor.

Ama peki ya aradakiler? Yıldız-kütleli ve süper-kütleli kara deliklerin arasındaki farkı iyice ortaya koyan, orta-kütleli kara delik sınıfının da var olması gerekmiyor mu? Güneş’in kütlesinin yaklaşık 100’den 1 milyon katına kadar sıralanabilen bu kozmik orta sikletler, orta-kütleli kara delikler (IMBH) olarak anılıyor. Gökbilimcilerin bulduğu tüm evrene yayılmış birkaç tane zorlayıcı orta-kütleli kara delik adayına rağmen jüri hâlâ gerçekten var olup olmadıklarını açıklamadı. Bununla birlikte, ispatlar birikmeye başlıyor.

Kanıt orada bir yerde mi?

Orta-kütleli kara deliklerin kesin kanıtı ele geçmesi zor olsa da, geçmiş birkaç onyıldan beridir, bu çok büyük ve çok küçük olmayan kara deliklerin var olduğunu hissettiren merak uyandırıcı kanıtları ortaya çıkaran bir sürü çalışma yapıldı. 

Örneğin 2003’te araştırmacılar, bir starburst galaksisi olan NGC 1313’ün yakınlarında, güçlü ve belirgin iki X-ray kaynağını belirleyebilmek için ESA’nın XMM-Newton uzay teleskobunu kullandılar. Kara delikler, çok yaklaşan bir maddeyi şiddetli bir şekilde yalayıp yutmaya ve yüksek enerjili radyasyon yaymaya meyilli olduğundan, bilinen en güçlü X-ray yayıcılarından bazılarıdır. Ve araştırmacılar NGC 1313’ün X-ray kaynaklarının yerini belirleyerek ve düzenli aralıklarla nasıl görünüp hızla kayboldukları üzerinde çalışarak, 2015’te, NGC 1313 X-1 olarak bilinen, galaksinin şüpheli kara deliklerinden birinin kütlesinin sınırlarını çizebildiler. Güneş’in kütlesinin yaklaşık 5,000 katı olarak hesapladılar, ki bu onu kütle sıralamasına orta-kütleli kara delik olarak yerleştiriyor.

Aynı şekilde, araştırmacılar 2009’da orta büyüklükte kara deliklerin varlığına ilişkin çok daha kesin kanıt ortaya çıkardılar. Takım, 290 milyon ışık yılı uzaklıkta ESO 243-49 adlı galaksinin sınırına yakın konumlanmış, HLX-1 adında inanılmaz biçimde parlak, optik bir karşılığı olmayan bir X-ray kaynağı gözlemledi. Bu, o cismin basit bir yıldız veya arkaplanda bir galaksi olmadığını akla getiriyor. Buna binaen, araştırmacılar HLX-1’in yaydığı X-ray’in işaretinin zamanla değiştiğini buldular, ki bu da akıllara şunu getiriyor: Herhangi bir kara deliğe bir yıldız yaklaşınca -kara deliği gazla besleyip de ani X-ray patlamalarına ve sonra da gözden kaybolmalarına sebep olduğunda- kara delik parlıyor. Gözlemlenen ışıkların parlaklığına dayanarak, araştırmacılar kara deliğin kütlesini minimum yaklaşık 500 Güneş katında hesapladı, gerçi bazı hesaplamalar ise ağırlığını 20,000 katına yakın bir yere koydu.

“Bu tespit çok önemli” dedi, Leicester Üniversitesinin baş yazarı Sean Farrell, keşiften sonra. “Yıldız-kütleli kara deliklerin dev yıldızların artıkları olduğu zaten biliniyorken, süper-kütleli kara deliklerin oluşum mekanizması hala bir muamma.” Farrell şunu açıklamaya devam etti “Bundan dolayı HLX-1’in saptanması, Samanyolu Galaksisi’nin ve öteki galaksilerin merkezlerindeki süper-kütleli kara deliklerin oluşumunun daha iyi anlaşılabilmesi adına çok önemli bir adım.”

Daha yakın geçmişe bakarsak, gökbilimciler, Samanyolu’nun kalbinin yakınlarında gizlice gezinen orta-kütleli kara deliklerin varlığını ispatlayan güçlü kanıtlar ortaya çıkarmaya başladılar. Örneğin Ocak 2019’da gökbilimciler, görünmez bir cismin yörüngesinde akmakta olan gazın izini sürmek için ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)’yı kullandılar; ki cismin, açık bir şekilde Güneş’in yaklaşık 32,000 katı kütlesiyle, bir orta-kütleli kara delik olduğu sanılıyordu. 

Bu keşif, yeni bulunan bu kara deliğin yakın gelecekte; Samanyolu’dan 23 ışık yılı uzakta konumlanmış, Güneş’in kabaca 4 milyon katı kütleye sahip süper kütleli Sagittarius A ile birleşeceğini akıllara getiriyor. Samanyolu boyunca gezinip duran orta-kütleli kara delik için durumu güçlendirmeye yardım etmek adına araştırmacılar; diğer garip bir şekilde yörüngede dönen gaz bulutlarını, galaksimizde gaz hakimiyetinde olan bölgelerde sıkışmış orta büyüklükte daha fazla kara delik bulmak için kullanmayı umuyorlar.

Orta-Kütleli Kara Delik Avı 

Daha da ileri gidersek, araştırmacıların daha fazla orta-kütleli kara delik meydana çıkarmak için çeşitli yöntemlere itimat etmeleri gerekecek. Böyle yaparak, sadece orta-kütleli kara deliklerin varlığını kanıtlamayı değil, daha da önemlisi, onları, kara deliklerin zaman içinde ne kadar genişleyip, nasıl evrildiklerini anlamak için kullanmayı umuyorlar.

Neyse ki, gökbilimciler bunu yapmak için şu an avantajlı durumdalar. Evreni, kara delikler birleştiği zaman üretilen kütleçekim dalgaları için tarayıp sonucunda 20 tane yıldız-kütleli kara delik tanımlayan LIGO-Virgo’nun kütleçekim dalga projesinin son zamanlardaki başarıları sayesinde, araştırmacılar artık küçük ve orta büyüklükte kara delikleri araştırmak için yeni bir yönteme sahipler. 

LIGO-Virgo birliği, kütlesi Güneş’in yaklaşık 40 katı olan kara deliklerin arasındaki birleşmeden henüz kütleçekim dalgalarını ortaya çıkarmamış olsa bile, LIGO’nun websitesine göre, “Gelecekte, kütleçekim dalgası dedektörlerinin hassasiyetinin gelişmesi ile, orta-kütleli kara delik birleşmelerinin frekansını daha iyi anlayabileceğiz. Üçüncü gözlem koşusu (Third Observing Run) 1 Nisan 2019’dan veri toplamaya başladı bile ve bilim insanları bu yakalanması zor kaynakları yakında gözlemleyeceklerinden çok ümitliler!”

Öyleyse takipte kalın, çünkü önümüzdeki birkaç yıl içinde, küçük ve büyük boyutlu kara delikler arasındaki kayıp halka hakkında kesin bir kanıt bulabiliriz. Ve eğer yaparsak, sonunda bu kozmik muammayı kesin bir şekilde halledebiliriz. Ancak o zaman, orta-kütleli kara deliklerin varlığına ilişkin tartışmalar son bulabilir ve bunun yerine;  süper-kütlelilerin yanı sıra, orta-kütleli karadeliklerde de arkaplanda neler olup bittiğini ortaya çıkarabiliriz.

Çeviri Kaynağı: http://www.astronomy.com/news/2019/07/what-are-intermediate-mass-black-holes