MIT Haystack Gözlemevi araştırmacıları önderliğindeki uluslararası ekip, uzak bir galaksinin merkezindeki bir kara deliğin yarıçapını ölçtü. Çoğu galaksinin kalbinde, Güneşimizin kütlesinden milyarlarca kat daha büyük kütleli kara deliklerin bulunabileceğini söylüyorlar. Böyle süper kütleli kara delikler kendi sınırlarında yaptıkları çok güçlü faaliyetler, ana galaksileri boyunca dalgalanma yaratabiliyor.
Bilim insanları Hawaii, Arizona ve California’daki radyo antenlerini birbirine bağlayarak oluşturdukları Event Horizon Telescope (Olay Ufku Teleskobu) adı verilen bir teleskop dizisi Hubble Space Telescope (Hubble Uzay Teleskobu) ile görülebilenden 2000 kat daha fazla ayrıntılı gözlem yapmaya imkan sağlamaktadır. Bu radyo antenleriyle Virgo Kümesi’nde, Samanyolu Galaksisi’nden yaklaşık 50 milyon ışık yılı uzaklıkta bir galaksi olan M87’ye bakıldı (görüntü yukarıda). M87 Güneşimizin kütlesinin 6 milyar katı büyüklüğünde kütleye sahip olan bir kara deliği içinde barındırıyor. Bu teleskop dizisini kullanarak, araştırma ekibi kara deliğin kenarında parıldayan maddeyi gözlemledi yani “olay ufku olarak bilinen bölge”.
MIT Haystack Gözlemevi müdür yardımcısı ve Smithsonian Astrofizik Gözlemevi araştırma görevlisi olan Shep Doeleman’nın açıklaması ise şöyle: “Nesneler bir kez olay ufkundan içeri düştüklerinde, sonsuza dek kaybolurlar. Olay ufku evrenimizin çıkış kapısıdır, bu kapıdan bir kez içeri girdiğinizde artık geri dönemezsiniz.”
Süper kütleli kara delikler, Albert Einstein’ın kütle çekimi teorisi tarafından en uç nesneler olarak öngörülmüştü. Doeleman’a göre, “kütle çekimi yakın uzayı bozar ve uzayı muazzam bir kütleyle sıkıştırır”.
Kara deliğin kenarında kütle çekimi kuvveti çok güçlü olduğu için etrafındaki her şeyi çekmektedir. Kara deliğin olay ufkundan sıkışıklıktan dolayı her nesne geçemez. Gaz ve tozun birikmesinden dolayı kozmik trafik sıkışıklığı oluşur. Madde düz yassı bir hal alır ve bu da yığılma diski olarak adlandırılır. Kara deliğin yörüngesinde ışık hızına yakın hızda dönen maddeden bir disk oluşur, burada malzeme aşırı ısınır ve istikrarlı bir şekilde kara deliği besler. Zamanla bu disk kara deliğin dönen malzemeyle aynı yönde dönmeye başlamasına neden olur.
Bu helezonik akışta yakalanan sıcak malzemeyi güçlü ışınlarla yığılma diskinin üzerine doğru hızlandıran manyetik alanlardır. Sonuçta elde edilen yüksek hızlı bir jet olur. Kara delik ve disk tarafından başlatılan jet, galaksi dışına fırlayacak kadar yüzbinlerce ışık yılı genişliğinde olabiliyor. Bu jetler, hızlı yıldız oluşumları dahil birçok galaktik süreci etkileyebilir.
Jetin yörüngesi, bilim insanlarının kütle çekim kuvvetinin baskın olduğu bölgede kara deliğin dinamiklerini anlamalarında yardımcı olabilir. Doeleman’a göre böyle aşırı ortamlar Einstein’ın genel göreliliği doğrulanması için mükemmel yerler olabilir. Bugünlerde kütle çekim kuvvetinin kesin açıklaması olarak görülüyor.
Yandaki görüntü bir bilgisayar modeli ile yapıldı. Bu görüntü, M87 kara deliğindeki aşırı kütle çekiminin olay ufku yakınlarında oluşan jetin görünümünü nasıl bozduğunu göstermektedir. Jet radyasyonunun bir kısmı kara deliğin gölgesi olarak bilinen bir halka içine bükülmüş.
Doeleman “Einstein’ın teorileri düşük kütle çekimi alanlarında, Dünya üzerinde ya da Güneş Sistemi gibi yerlerde, doğrulandı. Fakat Einstein’ın teorileri evrende yıkılacağı tek yer olan bir kara deliğin kenarında tam olarak doğrulanamamıştır.”
Einstein’ın teorisine göre, bir kara deliğin kütlesi ve spini yakındaki malzemenin kararsız olmaya ve olay ufkundan içeri düşmeye başlamadan önce nasıl yörüngede döndüğünü belirler. Astronomlar kara deliğin spinini jet büyüklüğünün dikkatli ölçümü yoluyla hesaplayabilirler.
Şimdiye kadar hiçbir teleskopun bu türden bir gözlem yapacak güçte büyüteci olmamıştır. Doeleman: “’Einstein haklı mı’ sorusunu soracak bir pozisyondayız. Bu çok güçlü kütle çekimi alanı içinde, Einstein tarafından öngörülen özellikleri ve işaretleri belirleyebiliriz.”
Araştırma ekibi VLBI (Very Long Baseline Interferometry) adında binlerce mil uzakta bulunan radyo antenlerinden gelen verileri birbirine bağlayan bir teknik kullandılar. Çeşitli antenlerden gelen sinyaller birlikte alınarak sanal bir teleskop oluşturuyor. Bu teleskopun çözme gücü tek bir teleskopunkine göre çok büyük. Bu teknik, bilim insanlarına uzak galaksileri son derece hassas görüntüleme imkânı sağlıyor.
Doeleman ve ekibi bu tekniği kullanarak yığılma diskinin en içteki yörüngesinin, kara deliğin olay ufkundan 5.5 kat daha büyük olduğunu ölçtü. Fizik kanunlarına göre bu büyüklük yığılma diskinin kara delik ile aynı doğrultuda döndüğünü göstermektedir. Bu ise galaksilerin merkezlerinde bulunan kara deliklerin jetleriyle ilgili ilk doğrudan gözlem oluyor.
Ekibin gelecek ile ilgili planı Meksika, Grönland, Antarktika, Avrupa ve Şili’de bulunan radyo antenlerini de ekleyerek, teleskop dizisini genişletip kara deliklerle ilgili daha detaylı fotoğraflar elde etmeyi düşünüyor.
Maryland Üniversitesi’nde astronomi profesörü olan Christopher Reynolds’a göre, ilk gözlemsel sonuçlar, bilim insanlarının kara deliklerin jetlerinin nasıl davrandığını anlamalarında yardımcı olacağını düşünüyor: “Jetlerin temel doğası hala gizemli. Birçok astrofizikçi jetlerin kara delikler tarafından güçlendirildiğinden şüpheleniyor. Bu fikirler hala teori dünyasında ama bu ölçüm, fikirlerin gözlemsel olmasındaki ilk adımdır.”
Kaynak: Sheperd S. Doeleman et al., Jet-Launching Structure Resolved Near the Supermassive Black Hole in M87, Science, 2012, DOI: 10.1126/science.1224768
Yukarıdaki görüntüde, jet kütle çekimi kuvveti tarafından halkanın içine doğru bükülmüş, bu da kara deliğin gölgesi olarak biliniyor.
Ali Çiçi
Uludağ Üniversitesi Fizik Bölümü / Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu
