Samanyolu’nda Dolaşan Hayalet Kara Delik
İlhan VARDAR
Hubble, Samanyolu galaksimizde dolaşan izole edilmiş bir kara delik buldu ve kütlesi ölçüldü.
Samanyolu galaksimiz perilidir.
Yıldızlar arasındaki geniş boşluk, bir zamanlar görkemli yıldızların ölü, yanmış ve ezilmiş kalıntıları tarafından doldurulur. Bu kara delikler, yoğun yerçekimi ışığı yuttuğu için doğrudan görülemez. Efsanevi gezgin hayaletler gibi, varlıkları ancak çevrelerini nasıl etkilediklerini görerek anlaşılabilir.
Bir savaş gemisi filosunun kütlesinin bir futbol topundan daha büyük olmayan bir şeye dönüştüğünü hayal edin. Bu, yalnızca bir yıldız patlamasından arta kalan bir kara deliğe kilitlenmiş sonsuz yoğunluğu tanımlamaya benzer.
Kara delik tipik olarak Güneşimizin kütlesinin birkaç katıdır. Çok yoğun bir şeyden gelen yoğun yer çekimi, bir trambolinin derisi üzerinde yuvarlanan bir bowling topu gibi, etrafındaki uzayın dokusunu büker. Uzaydaki bu yerçekimi çukurunun yanından geçen yıldız ışığı saptırılır. Ve hayali kara delikler bu şekilde bulunur.
Gökbilimciler, galaksimizdeki 100 milyar yıldız arasında dolaşan 100 milyon kara delik olması gerektiğini tahmin ediyor. Ancak kara delikler kendi ışıklarını yaymadıkları için tespit edilmeleri son derece zordur. Şimdi, gökbilimciler, galaksimizin merkezine doğru görülen kar fırtınasına benzetebileceğimiz yıldızların arasında samanlıkta iğne arar gibi bir kara delik için net kanıtlar buldular. Kara deliğin çok gerisindeki bir yıldızdan gelen ışık, önünden geçen kara delik tarafından anlık olarak parlatıldı ve saptırıldı. Bu, Hubble Uzay Teleskobu‘nun mükemmel çözünürlüğünün çok uygun olduğu uzun ve özenli bir ölçümdü. Kara deliğin güçlü yerçekimi, yıldız ışığının sapması üzerinde benzersiz bir parmak izi bırakarak diğer potansiyel kütle çekimsel mercek adaylarını ortadan kaldırdı.
Kara delik, 5.000 ışık yılı uzaklıkta olduğu için endişelenmemize gerek yok. Ancak, istatistiksel olarak, bu tespit, Dünya’ya en yakın dolaşan kara deliğin 80 ışık yılı uzaklıkta olabileceği anlamına gelir.
Gökbilimciler, Samanyolu galaksimizdeki yıldızlar arasında 100 milyon kara deliğin dolaştığını tahmin ediyor ancak hiçbir zaman kesin olarak yalnız bir kara delik tespit edemediler.
Altı yıllık titiz gözlemlerin ardından, NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu, hayali nesnenin kesin bir kütle ölçümü ile yıldızlararası uzayda sürüklenen yalnız bir kara deliğin ilk kez doğrudan kanıtını sağladı. Şimdiye kadar, tüm kara delik kütleleri istatistiksel olarak veya ikili sistemlerdeki veya galaksilerin çekirdeklerindeki etkileşimler yoluyla tahmin edilmişti. Yıldız kütleli kara delikler genellikle eşlik eden yıldızlarla birlikte bulunur, bu da bunu olağan dışı kılar.
Yeni tespit edilen dolaşan kara delik, galaksimizin Karina-Yay sarmal kolunda, yaklaşık 5.000 ışık yılı uzaklıkta yer almaktadır. Bununla birlikte, keşfi, gökbilimcilerin Dünya’ya en yakın yalnız dolaşan yıldız kütleli kara deliğin 80 ışık yılı kadar yakın olabileceğini tahmin etmelerini sağlar. Güneş sistemimize en yakın yıldız olan Proxima Centauri, 4 ışık yılından biraz daha uzaktadır.
Galaksimizde dolaşan kara delikler, Güneşimizden en az 20 kat daha büyük olan nadir, canavarca yıldızlardan (galaksinin yıldız nüfusunun binde birinden daha az) doğar. Bu yıldızlar süpernova olarak patlar ve kalan çekirdek yerçekimi ile bir kara deliğe dönüşür. Kendi kendine patlama mükemmel simetrik olmadığı için kara delik tekme atılmış bir top gibi veya patlamış bir top mermisi gibi galaksimizde yalpalayarak gidebilir.
Teleskoplar, herhangi bir ışık yaymadığı için bir kara deliği fotoğraflayamaz. Bununla birlikte, bir kara delik uzayı büker ve daha sonra tam olarak yıldız ışığını saptırır ve güçlendirir.
Samanyolu’nun merkezi çıkıntısına doğru zengin yıldız alanlarındaki milyonlarca yıldızın parlaklığını izleyen yer tabanlı teleskoplar, yıldız ile aramızdan büyük bir nesne geçtiğinde bunlardan birinin ani bir parlaklaşmasını arar. Ardından Hubble, bu tür en ilginç olayları takip eder.
İki ekip, araştırmalarında Hubble verilerini kullandı. Bunlardan biri Baltimore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden Kailash Sahu tarafından yönetildi; diğeri ise California Üniversitesi, Berkeley’den Casey Lam tarafından incelendi. Takımların sonuçları biraz farklılık gösteriyor ancak her ikisi de kompakt bir nesnenin varlığını gösteriyor.
Uzakta bulunan bir yıldızın önünden geçen ön plandaki bir cismin yerçekimi nedeniyle uzayın bükülmesi, önünden geçerken arka plan yıldızının ışığını bir an için bükecek ve büyütecektir.
Gökbilimciler, gökadamızın içinde şimdiye kadar görülen yaklaşık 30.000 olayda yıldızları ve öte gezegenleri incelemek için yerçekimi mikro mercekleme adı verilen bu fenomeni kullanırlar.
Ön plandaki bir kara deliğin imzası, diğer mikro mercekleme olayları arasında benzersiz olarak öne çıkıyor. Kara deliğin çok yoğun yerçekimi, mercek olayının süresini 200 günden fazla uzatacaktır. Ayrıca, araya giren nesne bunun yerine ön plandaki bir yıldız olsaydı ön plandaki ve arka plandaki yıldızlardan gelen ışık anlık olarak birbirine karışacağından ölçüldüğü gibi yıldız ışığında geçici bir renk değişikliğine neden olurdu. Ancak kara delik olayında herhangi bir renk değişimi görülmedi.
Daha sonra, Hubble, arka plan yıldızının görüntüsünün kara delik tarafından sapma miktarını ölçmek için kullanıldı. Hubble, bu tür ölçümler için gereken olağanüstü hassasiyete sahiptir. Yıldızın görüntüsü, normalde olacağı yerden yaklaşık bir mili ark saniye kadar kaydırıldı. Bu, New York City’den bakıldığında Los Angeles’ta 25 kuruşluk bir madeni paranın çapını ölçmeye eşdeğerdir. (Bu uzaklık 3936 km’ye karşılık gelir – İ.V.)
Bu astrometrik mikro mercekleme tekniği; kara deliğin kütlesi, mesafesi ve hızı hakkında bilgi sağlar.
Kara deliğin yoğun uzay çarpıklığından kaynaklanan sapma miktarı, Sahu’nun ekibinin yedi güneş kütlesi ağırlığında olduğunu tahmin etmesine izin verdi. Lam’ın ekibi biraz daha düşük bir kütle aralığı bildirdi, bu da nesnenin bir nötron yıldızı veya bir kara delik olabileceği anlamına geliyor. Görünmez kompakt nesnenin kütlesinin Güneş’inkinin 1,6 ila 4,4 katı olduğu tahmin ediliyor. Bu aralığın üst ucunda nesne bir kara delik, alt uçta bir nötron yıldızı olurdu.
Berkeley ekibinden Jessica Lu, “Bunun kesinlikle bir kara delik olduğunu söylemek istesek de izin verilen tüm çözümleri rapor etmeliyiz. Buna hem düşük kütleli kara delikler hem de muhtemelen bir nötron yıldızı dahildir” diyor.
Lam, “Her ne ise, nesne galakside başka bir yıldız olmadan dolaşırken keşfedilen ilk karanlık yıldız kalıntısıdır.”
Bu özellikle zor bir ölçümdü çünkü kaynak yıldıza açısal olarak son derece yakın olan parlak, ilişkisiz bir yıldız var.
Sahu, “Yani, parlak bir ampulün yanında bir ateş böceğinin küçük hareketini ölçmeye çalışmak gibi” diyor ve ekliyor; “Soluk kaynağın sapmasını tam olarak ölçmek için yakındaki parlak yıldızdan gelen ışığı titizlikle çıkarmak zorunda kaldık.”
Sahu’nun ekibi, izole edilmiş kara deliğin galakside saatte 160.000 kilometre ile (Dünya’dan Ay’a üç saatten daha kısa sürede seyahat edecek kadar hızlı) hareket ettiğini tahmin ediyor. Bu, galaksimizin o bölgesindeki diğer komşu yıldızların çoğundan daha hızlı.
Sahu, “Astrometrik mikro mercekleme kavramsal olarak basit ama gözlemsel olarak çok zor” diyerek “Mikro mercekleme, izole edilmiş kara delikleri tanımlamak için mevcut olan tek tekniktir” şeklinde ekliyor. Kara delik, galaktik çıkıntıda 19.000 ışık yılı uzaklıkta bulunan bir arka plan yıldızının önünden geçtiğinde, Dünya’ya gelen yıldız ışığı, kara delik geçerken 270 gün boyunca güçlendirildi. Bununla birlikte, arka plan yıldızının konumunun, ön plandaki kara delik tarafından ışığın bükülmesiyle nasıl saptığını takip etmek için Hubble gözlemlerini incelemek birkaç yıl aldı.
Yıldız kütleli kara deliklerin varlığı 1970’lerin başından beri biliniyordu ancak tüm kütle ölçümleri -şimdiye kadar- ikili yıldız sistemlerindeydi. Yoldaş yıldızdan gelen gaz kara deliğe düşer ve o kadar yüksek sıcaklıklara ısıtılır ki X-ışınları yayar. Yaklaşık iki düzine kara deliğin kütlesi, yoldaşları üzerindeki yerçekimsel etkileriyle X-ışını ikili dosyalarında ölçülmüştür. Kütle tahminleri 5 ila 20 güneş kütlesi arasında değişir. Kara delikler ve eşlik eden nesneler arasındaki birleşmelerden kaynaklanan yerçekimi dalgaları tarafından diğer galaksilerde tespit edilen kara delikler, 90 güneş kütlesi kadar olabilmektedir.
Sahu, “Yalnız kara deliklerin tespit edilmesi, Samanyolu’muzdaki bu nesnelerin popülasyonu hakkında yeni bilgiler sağlayacaktır” diye açıklıyor. Ama samanlıkta iğne aramaya benziyor. Tahmin, birkaç yüz mikro mercekleme olayından yalnızca birinin yalnız kara deliklerden kaynaklanmasıdır.
Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu
NASA’nın uzaya göndereceği Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, birçoğunun kara delik olması beklenen birkaç bin mikro mercekleme olayı keşfedecek ve sapmalar çok yüksek doğrulukla ölçülecektir.
Genel görelilik üzerine 1916 tarihli bir makalesinde Albert Einstein, teorisinin, Güneş’in yer çekiminin arka plandaki bir yıldızın görünür konumunu dengeleyerek, gözlemleyerek test edilebileceğini öngördü. Bu, 29 Mayıs 1919’da bir Güneş tutulması sırasında gökbilimciler Arthur Eddington ve Frank Dyson tarafından yönetilen işbirliğiyle test edildi. Eddington ve meslektaşları, Einstein’ın teorilerini doğrulayarak arka plandaki bir yıldızın 2 yay saniyesi kadar ötelendiğini ölçtüler. Bu bilim insanları, bir asırdan fazla bir süre sonra, aynı tekniğin -bin kat daha iyi düşünülemez bir kesinlik ile- galaksideki kara delikleri aramak için kullanılacağını hayal bile edemezlerdi.
Kaynak: NASA, ESA, STScI, Sürüm Kimliği: 2022-001
