Süperkütleli karadelikler günümüzdeki en büyük kütleli galaksilerde bulunurlar, bu galaksiler genelde çok yüksek parıldamaya sahip aktif bir galaktik çekirdeğe sahiptir. Bu çekirdek kuasar olarak bilinir. Süperkütleli karadelikler ise kuasarların merkez motorları olarak tanımlanır. Çünkü bir kuasar etrafı dairesel bir toplanma gaz diski ile çevrili bir süperkütleli karadelikten oluşmaktadır. Süperkütleli karadeliğin yörüngesinde dönen toplanma diskindeki gaz karadeliğe yaklaştıkça -aslında buna yaklaşma denilmez, karadeliğe doğru düştükçe- ortaya elektromanyetik ışıma formunda bir enerji çıkar. Bu enerji elektromanyetik spektrum boyunca yayıldığı için radyo, kızılötesi, görünür, ultraviyole ve X-ışını dalgaboylarında gözlenebilir. Dolayısıyla kuasarları gözlemlemek zor değildir ve tabii bunların merkezindeki karadelikler hakkında bilgi toplamak da. Bir süperkütleli karadeliğin kütlesi yıldızımız Güneş’in kütlesinden yüzbinlerce milyar kat daha büyüktür. Ancak bazı süperkütleli karadelikler vardır ki, bu karadeliklerin kütlesi diğerlerinden daha fazladır. Bunlara örnek olarak son zamanlarda keşfedilen ULAS J1120+0641 ve SDSS J0100+2802 adlı süperkütleli karadeliklerinden söz edilebilir. Aslında kütlelerin diğerlerinden çok büyük olması bilim insanları için problem olmayabilirdi, belki de en büyük kütleli karadelikler listesindeki üst sıraların yerini değiştirebilir. Ancak bu karadeliklerden bazıları böylesine büyük bir kütleyle evrenin ilk zamanlarında nasıl oluşabiliyor? Biliyoruz ki karadelikler süpernovalar sonrası yıldızların kütleçekimsel olarak çökmesiyle oluşuyorlar. Bu evrenin ilk bir milyar yıldan daha evvel ki erken zamanlarında böylesine büyük karadeliklerin oluşumunu sağlayacak yıldızların var olmasını gerektirir. Bazısı Büyük Patlama’dan 800 milyon yıl sonra meydana gelmiş bu süperkütleli karadeliklerin onların oluşması için görece çok kısa bir zamanda nasıl bu kadar büyüdükleri gizemini koruyor.
Karadelikler bir büyüme hızı sınırına sahiptir. Karadeliklere doğru girdap hareketiyle düşen bu gaz diski karadeliklerin hızlıca büyümesini engelleyebilir. Bunun için iki teori var, biri toplanma diskindeki maddenin bir karadeliğe yaklaştıkça karadelik civarında fazla madde birikmesinin büyümeyi yavaşlatması. İkincisi ise bu sıkışan, bir araya gelen madde içindeki çarpışmaların oluşturduğu ısının ürettiği yüksek enerjili ışımanın gazın yani maddenin karadelikten uzaklaşmasına neden olması. Her nasılsa, evrenin ilk zamanlarında oluşan süperkütleli devasa karadelikler bu hız sınırını aşıp meydana geldiler. Bilim insanları teorik hesaplamalı çalışmalar ile bunun nasıl mümkün olduğunu bulmaya çalışıyorlar. Bunlardan en yeni olanı henüz tamamlandı ve ABD’deki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar tarafından arXiv’de yayınlandı. Yıl içinde hakemli bir dergide yayınlanması bekleniyor.
Bu çalışmada araştırmacıların tanımladığı yeni bir bilgisayar simülasyonu evrenin ilk zamanlarında gözlenen süperkütleli karadeliklerinin anlaşılması zor varlığının açıklanmasına katkı sağlayabilir. Bu simülasyon karadelik çevresindeki belirli maddenin ve ışımanın çiftlenmesinin yani aralarındaki etkileşmenin daha iyi anlaşılması için kullanıldı.
Bu hız sınırı süperkütleli karadeliklerin ne kadar hızlı ve ne kadar geniş büyüyeceklerini kontrol etmektedir. Ancak bu hız sınırının daha iyi anlaşılması için madde ve ışımanın etkileşmesini modelleyebilen simülasyonların ve hesaplamaların yapılması gerekiyor. Los Alamos’ta geliştirilen bilgisayar kodlarını kullanarak araştırmacılar beklenenden daha az sürede süperkütleli karadeliklerin oluşmasıyla sonuçlanan yıldızların kütleçekimsel çöküşüne dair bir simülasyon oluşturdular.
Araştırmacılar bilgisayar simülasyonunu yaparken yıldızların çok daha hızlı büyüdüğü bir yer bulsaydık ne olurdu diye düşündüler ve bunun üzerinden modelleme yaptılar. Çünkü böyle bir yerde bu yıldızlar daha az sürede süperkütleli karadelikler oluşturabilirlerdi belki?
Aşağıdaki videoda çalışmayı gerçekleştiren araştırmacıların keşifleri hakkında verdikleri bilgiye ulaşabilirsiniz.
Bunun dışında bu bilgisayar simülasyonu süperkütleli karadeliklerin sadece hızlı bir şekilde oluşma olasılığını onaylamıyor aynı zamanda astrofizikçiler tarafından sıklıkla gözlenen karadelikler hakkındaki çok sayıda diğer olguyla da uyumlu sonuçlara sahip. Bu araştırma simülasyonu yapılan süperkütleli karadeliklerin yıldız oluşum oranları, galaksi yoğunluk profilleri ile gazlardaki termal ve iyonizasyon oranlarını içeren doğada gözlenen yollarla galaksiler ile etkileştiğini gösteriyor.
Yeterli büyüklükteki kütlelerle bir karadelik oluşturmanın ve özel bir konfigürasyonda büyük kütleli bir yıldızın büyümesi fikri bilim insanları tarafından öngörülüyordu ama karadeliklerin yıldız oluşumunu indüklediği ve doğada gözlemlenen dinamiklerin sürmesini sağladığı da bulgular arasında yer aldı.
Süperbilgisayarların desteği ve fizik biliminin öncülüğünde kullanılan bu bilgisayar kodları evrenin evrimini yönlendiren bazı kuvvetleri modelleyebilme imkanı vermektedir. Buna karşın bu modellemelerin deneysel gözlemlerde karşılığının olması gerekir. Araştırmacılar makalelerin sonunda görünür ışıktaki tüm spektrumu kapsayan gözlemlerin gelecek birkaç on yıl içinde evrendeki ilk kuasarların doğumunu ve gelişimini ortaya çıkarabileceğini belirtiyorlar.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
Kevin Roark, Breaking the supermassive black hole speed limit,LANL.gov, Mart 2017
Charles Q. Choi, How Did Supermassive Black Holes Get So Big So Fast?, Space.com, Ağustos 2014
https://en.wikipedia.org/wiki/Supermassive_black_hole
https://tr.wikipedia.org/wiki/Toplanma_diski
https://en.wikipedia.org/wiki/Quasar
