Uzaydaki yerçekimi tuzakları, kara delikler, farklı boyutlarda gelir. Ya da daha doğrusu farklı kütleler, çünkü hepsi sonsuz derecede küçük. İlk[{” attribute=””>black hole ever discovered, in 1971, weighed in at 21 times our Sun’s mass. It was formed by the explosion and collapse of a star. Examples of a completely different class of black hole were identified in the 1960s-1970s. They weighed in at millions to billions of times our Sun’s mass. Like all supermassive black holes, those monsters dwell in the center of major galaxies.
So, black holes can be super-big or super-small. The missing link is an intermediate-mass black hole, weighing roughly 100 to 1,000 times our Sun’s mass. A handful have been found in other galaxies. Perhaps they are on the road to growing into supermassive black holes.
The cores of globular star clusters are hunting grounds for intermediate-mass black holes. They are smaller than galaxies and should have correspondingly smaller black holes. Over 150 of these snow-globe-shaped collections of hundreds of thousands of stars orbit our Milky Way galaxy, like artificial satellites whirling around Earth. Searches for intermediate-mass back holes in these clusters have been elusive. The suspected central black hole can’t be directly observed, of course. Astronomers gather circumstantial evidence by watching stars swarming around the black hole, like bees around a hive. Based on their speeds, the invisible central mass can be calculated using straightforward Newtonian laws of physics.
Tracking the stars is meticulous work that’s cut out for the Hubble Space Telescope’s sharp resolution and longevity. Astronomers looking through over a decade of Hubble observations of the nearby globular star cluster Messier 4 calculated there is a very dense central object of about 800 solar masses. It is so compact, the observations tend to rule out alternative theories as to what’s happening in the heart of the cluster.
Bu, M4 küresel kümesinin çekirdeğindeki şüpheli bir kara deliğin etrafındaki yıldızların hareketlerinin bir simülasyonudur. Yıldız kümelerinin iç kinematiğini içeren “HST Legacy Survey of Galaktik Küresel Kümeler: Popülasyonlarına ve Oluşumlarına UV Işığı Tutturmak”a dayanmaktadır. M4’e yakınlaştırdıktan sonra, şüphelenilen kara deliğin bulunduğu kümenin merkezi kırmızı bir “X” ile vurgulanır. Kırmızı dairenin yarıçapı 1’den biraz daha az ışık yılı karşısında. Varsayılan orta kütleli kara deliğin etki alanıdır. 800 Güneş kütlesi olduğu tahmin edilen karadeliğin, Ay’ımızın yarı çapından biraz daha büyük bir olay ufku bulunuyor. Kara deliğin etki alanı, kütleçekim potansiyelinin yıldız alanının kütleçekim potansiyeline üstün geldiği bölgedir. Yıldız hareketlerinin kara deliğin yerçekiminden önemli ölçüde etkilendiği bir bölgedir. Yalnızca Hubble’ın keskin çözünürlüğü, bu hareketi on yılı aşkın bir süredir gözlemleyerek çizebilir. Bu videodaki en hızlı hareket eden yıldızlar kümede değil, bize çok daha yakın, Samanyolu yıldızlarının ön planında. Kredi: NASAESA, Mattia Libralato (ESA için AURA/STScI)
NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanan gökbilimciler, Dünya’ya en yakın küresel yıldız kümesinin kalbinde gizlenmiş olabilecek nadir bir “orta büyüklükte” kara delik sınıfının varlığına dair şimdiye kadarki en iyi kanıtlarından biri olduğunu söyledikleri şeyi buldular. 6.000 ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadır.
Uzay dokusundaki yoğun yerçekimsel çukurlar gibi, neredeyse tüm kara delikler iki boyutta geliyor: küçük ve devasa. Galaksimizin patlamış yıldızlardan oluşan 100 milyon küçük kara delik (Güneşimizin kütlesinin birkaç katı) ile dolu olduğu tahmin ediliyor. Genel olarak evren, galaksilerin merkezlerinde bulunan ve Güneşimizin kütlesinin milyonlarca veya milyarlarca katı ağırlığındaki süper kütleli kara deliklerle dolup taşıyor.
Uzun zamandır aranan kayıp halka, 100 ila 100.000 güneş kütlesi arasında bir ağırlığa sahip, orta kütleli bir kara deliktir. Nasıl oluşurlar, nerede takılırlar ve neden bu kadar nadir görülürler?
Gökbilimciler, çeşitli gözlem teknikleri aracılığıyla diğer olası orta kütleli karadelikleri belirlediler. En iyi adaylardan ikisi — Hubble’ın 2020’de keşfedilmesine yardım ettiği 3XMM J215022.4−055108 ve 2009’da tanımlanan HLX-1, diğer gökadaların eteklerindeki yoğun yıldız kümelerinde bulunuyor. Bu olası karadeliklerin her biri, onbinlerce güneş kütlesine sahiptir ve bir zamanlar cüce galaksilerin merkezlerinde bulunmuş olabilir. NASA’nın Chandra X-ışını gözlemevi, 2018’deki büyük bir örnek de dahil olmak üzere birçok olası ara kara delik keşfinin yapılmasına da yardımcı oldu.
Eve çok daha yakından bakıldığında, Samanyolu galaksimizin yörüngesinde dönen yoğun küresel yıldız kümelerinde tespit edilen bir dizi şüpheli orta kütleli kara delik var. Örneğin, 2008 yılında, Hubble gökbilimcileri küresel küme Omega Centauri’de orta kütleli bir kara deliğin varlığından şüphelenildiğini duyurdu. Bu ve diğer orta kütleli kara delik bulguları, daha fazla veriye ihtiyaç duyulması da dahil olmak üzere bir dizi nedenden dolayı hâlâ sonuçsuz kalıyor ve alternatif teorileri dışlamıyor.
Hubble’ın benzersiz yetenekleri, önceki aramalardan daha yüksek hassasiyetle kara delik avına çıkmak için artık küresel yıldız kümesi Messier 4’ün (M4) çekirdeğini sıfırlamak için kullanıldı. Maryland, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden Eduardo Vitral, bugün (23 Mayıs 2023) yayınlanan bir makalenin baş yazarı, “Hubble olmadan bu tür bir bilim yapamazsınız” dedi. Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.
Vitral’in ekibi, kabaca 800 güneş kütlesine sahip olası bir orta kütleli kara delik tespit etti. Şüphelenilen nesne görülemez, ancak kütlesi, bir kovanın etrafında kaynayan arılar gibi, yerçekimi alanına yakalanan yıldızların hareketi incelenerek hesaplanır. Hareketlerini ölçmek zaman ve çok fazla hassasiyet gerektirir. Hubble, günümüzün başka hiçbir teleskobunun başaramadığını burada başarıyor. Gökbilimciler, Hubble’ın 12 yıllık M4 gözlemlerine baktılar ve nokta atışı yıldızları çözdüler.
Ekibi, M4’teki kara deliğin Güneş’imizin kütlesinin 800 katı kadar olabileceğini tahmin ediyor. Hubble’ın verileri, nötron yıldızları gibi çözülmemiş yıldız kalıntılarının kompakt bir merkezi kümesi veya birbirlerinin etrafında dönen daha küçük kara delikler gibi bu nesne için alternatif teorileri ekarte etme eğilimindedir.
“Çok fazla yoğun kütleye sahip çok küçük bir bölgemiz olduğuna dair güvenimiz tam. Daha önce diğer küresel kümelerde bulduğumuz en yoğun karanlık kütleden yaklaşık üç kat daha küçük,” dedi Vitral. “Bölge, kümenin merkezinde ayrılmış bir kara delikler, nötron yıldızları ve beyaz cüceler koleksiyonunu hesaba kattığımızda, sayısal simülasyonlarla yeniden oluşturabileceğimizden daha kompakt. Bu kadar kompakt bir kütle konsantrasyonu oluşturamazlar.”
Birbirine sıkı sıkıya bağlı nesnelerin bir gruplaması dinamik olarak kararsız olacaktır. Nesne tek bir orta kütleli kara delik değilse, gözlemlenen yıldız hareketlerini üretmek için bir ışık yılının yalnızca onda biri kadar bir alana sıkıştırılmış tahmini 40 daha küçük kara delik gerektirecektir. Sonuç olarak, bir yıldızlararası langırt oyununda birleşecek ve/veya fırlatılacaklardır.
“Yıldızların hareketlerini ve konumlarını ölçüyoruz ve bu hareketleri yeniden üretmeye çalışan fiziksel modeller uyguluyoruz. Kümenin merkezinde karanlık bir kütle uzantısı ölçümü elde ediyoruz” dedi Vitral. “Merkez kütleye ne kadar yakınsa, yıldızlar o kadar rastgele hareket ediyor. Ve merkezi kütle ne kadar büyükse, bu yıldız hızları o kadar hızlıdır.”
Küresel kümelerdeki orta kütleli kara delikler çok zor olduğundan, Vitral şu uyarıda bulunuyor: “Bunun merkezi bir çekim noktası olduğunu tam olarak onaylayamasak da, çok küçük olduğunu gösterebiliriz. Tek bir kara delik olması dışında açıklayamayacağımız kadar küçük. Alternatif olarak, en azından mevcut fizikte bilmediğimiz bir yıldız mekanizması olabilir.”
Kaynak: Eduardo Vitral, Mattia Libralato, Kyle Kremer, Gary A Mamon, Andrea Bellini, Luigi R Bedin ve Jay Anderson, 23 Mayıs 2023, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stad1068
Hubble Uzay Teleskobu, NASA ve ESA arasındaki uluslararası işbirliği projesidir. NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi teleskopu yönetiyor. Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü (STScI), Hubble ve Webb bilim operasyonlarını yürütür. STScI, Washington, DC’deki Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği tarafından NASA için işletilmektedir.