Gizlenen Kara Delikler

ÇÖKEN YILDIZLAR KÜRESEL BİR KÜMENİN ÇEKİRDEĞİNDE GİZLENİYOR

Kara deliklerin farklı boyutlarda olduğu fikri ilk başta biraz tuhaf gelebilir. Ne de olsa kara delik, tanımı gereği, yerçekimi altında sonsuz yoğunluğa çöken ve onu bu cümlenin sonundaki noktadan daha küçük yapan bir nesnedir. Ancak bir kara deliğin taşıyabileceği kütle miktarı, Güneş’imizin kütlesinin iki katından Güneş’imizin kütlesinin bir milyar katına kadar geniş bir aralıkta değişir. Kabaca yüzlerce ila on binlerce güneş kütlesi ağırlığında orta kütleli kara delikler (IMBH’ler) bulunur. Yani kara delikler küçük, orta ve büyük boyutlardadır.

Orta kütleli kara deliklerin bir milyon kadar yıldızdan oluşan arı kovanı şeklindeki kümeler olan küresel yıldız kümelerinin merkezlerinde saklandıkları tahmin ediliyor. Hubble araştırmacıları, yakındaki küresel küme NGC 6397’de bir orta kütleli kara deliği aramaya gitti ve bir sürprizle karşılaştı. Bir kara delik görülemediğinden, küme içindeki yıldızların hareketini dikkatle incelediler, bu da kara deliğin yerçekimsel çekişinden kütle çekimsel olarak etkilenecekti. Yıldız yörüngelerinin genlikleri ve şekilleri, yalnızca bir büyük kara delik değil, daha küçük kara delikler sürüsü – küresel çekirdeğin içinde bir mini küme – olduğu sonucuna yol açtı.

Kara delikler neden birlikte takılıyor? Daha büyük nesnelerin daha küçük yıldızlarla momentum alışverişi yaparak merkeze battığı ve ardından kümenin çevresine göç ettiği küresel kümelerin içinde yerçekimi bir langırt oyunu gerçekleştirir. Merkezi kara delikler sonunda birleşebilir ve yerçekimi dalgaları olarak uzaya dalgalanmalar gönderebilir.

Gökbilimciler, küresel küme NGC 6397’nin kalbinde beklemedikleri bir şey buldular: büyük bir kara delik yerine orada gizlenen daha küçük kara delikler konsantrasyonu.

Küresel kümeler, birbirine yakın bir şekilde paketlenmiş yıldızları barındıran son derece yoğun yıldız sistemleridir. Bu sistemler de tipik olarak çok eskidir – bu çalışmanın odak noktasındaki küresel küme, NGC 6397, neredeyse evrenin kendisi kadar eskidir. Bu küme 7.800 ışıkyılı uzaklıkta yer alır ve onu Dünya’ya en yakın küresel kümelerden biri yapar. Çok yoğun çekirdeği nedeniyle, çekirdek çökmüş küme olarak bilinir.

İlk başta, gökbilimciler küresel kümenin orta kütleli bir kara deliğe ev sahipliği yaptığını düşündüler. Bu orta kütleli kara delikler galaksilerin merkezinde yer alan süper kütleli kara delikler (Güneş’imizin kütlesinin milyonlarca katı) ile yıldız kütleli kara delikler (tek bir büyük yıldızın çöküşü. Sadece varlıkları hararetle anlaşılır) (Güneş’imizin kütlesinin birkaç katı) arasında uzun süredir aranan “kayıp halka”dır.Şu ana kadar sadece birkaç aday belirlendi. . 

“Küresel kümenin yoğun çekirdeğinde görünmez bir kütle için çok güçlü kanıtlar bulduk, ancak bu ekstra kütlenin ‘nokta benzeri’ olmadığını (bu, tek bir büyük kara delik için beklenir) kümenin boyutunun yüzde birkaçına kadar genişlediğini görünce şaşırdık.” diyor  Paris Astrofizik Enstitüsü’nden (IAP) Eduardo Vitral,

Yine IAP’den Vitral ve Gary Mamon, yakalanması zor gizli kütleyi tespit etmek için kümedeki yıldızların hızlarını kullanarak toplam kütlesinin, yani görünür yıldızlardaki kütlenin yanı sıra sönük yıldızların dağılımını belirlediler. Bir yerde kütle ne kadar fazlaysa, yıldızlar o kadar hızlı hareket eder.

Araştırmacılar, yıldızların küme içindeki gerçek hızlarını belirlemeye izin veren küçük öz hareketlerine (gökyüzündeki görünür hareketleri) ilişkin önceki tahminleri kullandılar. Kümenin çekirdeğindeki yıldızlar için bu hassas ölçümler, yalnızca Hubble ile birkaç yıllık gözlem sonucunda yapılabilir. Hubble verileri, Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia uzay gözlemevi tarafından sağlanan, ancak Hubble’ın çekirdekteki gözlemlerinden daha az kesin olan iyi kalibre edilmiş uygun hareket ölçümlerine eklendi.

Mamon, “Analizimiz, yıldızların yörüngelerinin sistematik olarak dairesel veya çok uzun değil, küresel küme boyunca rastgeleye olduğunu gösterdi” diyor. Bu orta uzunluktaki yörünge şekilleri, iç kütlenin ne olması gerektiğini sınırlar.

Araştırmacılar, kütlesi, kapsamı ve konumu göz önüne alındığında, görünmez bileşenin yalnızca büyük kütleli yıldızların (beyaz cüceler, nötron yıldızları ve kara delikler) kalıntılarından kaynaklanabileceği sonucuna varıyor. Bu yıldız cesetleri, yakındaki daha az kütleli yıldızlarla yerçekimi etkileşimlerinden sonra giderek kümenin merkezine batıyor. Bu yıldız langırt oyununa “dinamik sürtünme” denir, burada bir momentum değişimi yoluyla, daha ağır yıldızlar kümenin çekirdeğinde ayrılır ve daha düşük kütleli yıldızlar kümenin çevresine göç eder.

Mamon, “Bulduğumuz ekstra kütlenin çoğunun kara delikler şeklinde olduğu sonucuna varmak için yıldız evrimi teorisini kullandık” dedi. Son zamanlarda yapılan diğer iki çalışma da yıldız kalıntılarının, özellikle yıldız kütleli kara deliklerin, küresel kümelerin iç bölgelerini doldurabileceğini öne sürmüştü. Vitral , “Bizimki, çekirdek çökmüş bir küresel kümenin merkezindeki çoğunlukla kara deliklerden oluşan bir koleksiyonun hem kütlesini hem de kapsamını sağlayan ilk çalışmadır “ diye ekledi.

Gökbilimciler ayrıca, bu keşfin, küresel kümelerdeki bu sıkıca paketlenmiş kara deliklerin birleşmelerinin, uzay-zamandaki dalgalanmaların önemli bir yerçekimi dalgaları kaynağı olabileceği olasılığını artırdığını da belirtiyorlar. 

İlhan Vardar

Kaynak :  NASA, ESA, Eduardo Vitral (IAP), Gary A. Mamon (IAP)  Sürüm Kimliği: 2021-008