Evrenin Keşfi Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

NuSTAR, Karadelik Püskürmesinin Gizemini Araştırıyor.

Hazırlayan: Burcu Ergül

Kara delikler yırtıcı yiyiciler olduğu için ünlüdür, ancak onlara düşen her şeyi yemezler. Maddenin küçük bir kısmı, plazma denilen, çevrelerine çok zarar verebilecek güçlü sıcak gaz jetlerinde geri çekilir.

Yol boyunca bu plazma,bir şekilde, kara deliğin dönüş ekseni boyunca iki parlak sütun oluşturarak ışığı güçlü bir şekilde yayacak kadar enerji kazanır. Bilim insanları, bunun nerede ve nasıl olduğunu uzun zamandır tartışıyorlar.

Gökbilimcilerin bu gizem için yeni ipuçları var.  NASA’nın NuSTAR uzay teleskopu ve İspanya, La Palma’daki William Herschel Gözlemevi’ndeki ULTRACAM adlı hızlı bir kamerayı kullanarak, bilim insanları püskürtmelerdeki parçacıkların “açılmadan” ve parlak ışık kaynakları haline gelmeden önce yol aldığı mesafeyi ölçebildi. Bu mesafeye “hızlanma bölgesi” adı verilir. Çalışma Nature Astronomi dergisinde yayınlandı.

Bilim insanları, her biri normal bir yıldızdan beslenen bir kara delikten oluşan Samanyolu’nun “X-ışını ikilileri” adlı iki sisteme baktı. Bu sistemleri, kara deliğin etrafında dönen maddeden oluşan düz bir yapı olan birikim diskinin madde içine düştüğünden dolayı parladığında oluşan patlama esnasında farklı noktalardan incelediler.

V404 Cygni adı verilen bir sistem, Haziran 2015’te gözlemlendiğinde neredeyse parlaklığın zirvesine ulaşmıştı. O zaman, X-ışını ikilisinden gelen 21. yüzyılda görülen en parlak patlamasını yaşıyordu. GX 339-4 olarak adlandırılan diğer sistem ise gözlemlendiğinde beklenen maksimum parlaklığının yüzde 1’inden azdı. GX 339-4’ün yıldızı ve kara deliği V404 Cygni sisteminden çok daha fazla birbirine yakındır.

Farklılıklarına rağmen; sistemler, NuSTAR’ın ilk X-ışınlarını tespit etmesi ve daha sonra ULTRACAM’in kısmen görünebilir ışıkta ışımalar tespit etmesinin arasında benzer zaman gecikmelerini (yaklaşık onda bir saniye) gösterdiler. Bu gecikme, göz kırpmalarından daha az sürede oluşur ancak kara delik püskürtmeleri fiziği açısından önemlidir.

“Bir ihtimal ise; püskürtmelerin fiziğinin diskin boyutuyla değil bunun yerine hız, sıcaklık ve püskürtmenin temelindeki parçacıkların diğer özellikleriyle belirleniyor olmasıdır” diye açıklıyor Birleşik Krallık’taki Southampton Üniversitesi’nde astronom olan ve çalışmanın asıl yazarı olan Poshak Gandhi.

Bilim insanlarınca bu sonuçları açıklama yönündeki en iyi teori, X-ray ışınlarının kara deliğe çok yakın olan bir maddeden kaynaklandığıdır. Güçlü manyetik alanlar, bu maddenin  bir kısmını püskürtme boyunca yüksek hızda sürükler. Işık hızına yakın bir hızda çarpışan, optik radyasyon akımı yaymaya başlayıncaya kadar plazmaya enerji veren parçacıklardaki bu sonuçlar, ULTRACAM tarafından yakalanmıştır.

Bu, püskürtmenin neresinde gerçekleşiyor? Optik ve X ışını ışığı arasındaki ölçülen gecikme bunu açıklamaktadır. Bilim insanları, bu süreyi neredeyse ışık hızına yakın olan parçacık hızı ile çarparak yol alınan maksimum uzaklığı belirlerler.

Yaklaşık 30.000 km’lik yayılma, plazmanın en güçlü ivmeyi hissettiği ve ışık yayarak “açtığı” püskürtmedeki iç hızlanma bölgesini gösterir. Bu sadece Dünya’nın çapının üç katı altındadır, ancak kozmik açıdan küçücüktür, özellikle V404’teki kara delik Cygni’nin 3 milyon Dünya’nın birleşimi kadar ağırlığa sahip olduğu dikkate alındığında.

Pasadena, California’daki Nasa’nın Jet İtki Laboratuvarında görevli astronom ve bu çalışmanın ortak yazarı Daniel Stern’in açıklamasına göre gökbilimciler, bu çalışmanın sonuçlarını kullanarak jet güçlendirme mekanizmaları için modeller geliştirmeyi umuyor.

Bu ölçümleri yapmak kolay değildi. Uzaydaki X-ray teleskopları ve yerdeki optik teleskopların bilim insanlarının teleskopların algılamaları arasındaki küçücük gecikmeyi hesaplamaları için patlamalar süresince X-ray ikililerine tam olarak aynı anda bakmaları gerekmektedir. Böyle bir koordinasyon, gözlem ekipleri arasında karmaşık bir planlama gerektirir. Aslında, NuSTAR ve ULTRACAM arasındaki koordinasyon, 2015 patlaması sırasında yalnızca yaklaşık bir saat mümkündü, ancak hızlanma bölgesi ile ilgili çığır açan sonuçların hesaplanması için yeterli oldu.

Bu sonuçların, bilim insanlarının bu çalışmadakilerden çok daha büyük olan süper kütleli kara delik anlayışları ile de bağlantılı olduğu görünmektedir. BL Lacertae adı verilen Güneşimizin kütlesinin 200 milyon katı ağırlığındaki bir süper kütleli sistemde bilim insanları, bu çalışmanın bulduğundan milyonlarca kat daha fazla zaman gecikmesi olduğu sonucuna vardılar. Bu, püskürtmelerin hızlanma bölgesi boyutlarının muhtemelen kara deliklerin kütleleri ile ilgili olduğu anlamına gelmektedir.

Gandhi şöyle devam ediyor “Heyecanlıyız çünkü sadece V404 Cygni gibi yıldız-kütleli kara deliklerdeki değil, aynı zamanda canavar süper kütleli olanlardaki püskürtmelerin iç işleyişleri ile ilgili bir kıstas bulmuş olduk.”

Sonraki adımlar, bu ölçülen gecikmeyi diğer X-ray ikililerinin gözlemlerinde doğrulamak ve her boyuttaki kara deliklerde bulunan püskürtmeleri birbirine bağlayan bir teori geliştirmektir.

NuSTAR’ın esas araştırmacısı ve Pasadena Caltech’te astronomi profesörü olan Fiona Harrison şöyle söylüyor: “Küresel zemin ve uzay teleskoplarının birlikte çalışması, bu keşfin anahtarıydı. Ancak bu sadece bir göz gezdirmeydi ve öğrenilmesi gereken çok şey var. Gelecek, kara deliklerin aşırı uçtaki fiziğini anlamak için gerçekten parlak.”

NuSTAR, Caltech’in liderliğinde ve NASA’nın Washington Bilim Görev Direktörlüğü için JPL tarafından yönetilen bir Küçük Kaşif görevidir. NuSTAR, Danimarka Teknik Üniversitesi ve İtalyan Uzay Ajansı (ASI) ortaklığında geliştirildi. Uzay aracı Orbital Sciences Corp., Dulles, Virginia tarafından inşa edildi. NuSTAR’ın görev operasyon merkezi UC Berkeley’de ve resmi veri arşivi NASA’nın Yüksek Enerji Astrofizik Bilim Arşivi Araştırma Merkezi’nde bulunmaktadır.  ASI, görevin yer istasyonunu ve ayna arşivini sağlamaktadır. Caltech ise  JPL’yi NASA için yönetmektedir.

Çeviri: Burcu Ergül

https://www.nasa.gov/feature/jpl/nustar-probes-black-hole-jet-mystery

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Burcu Ergül

Süleyman Demirel Üniversitesi Yabancı Diller Yüksek Okulu Öğretim Görevlisi.