Aktif süper kütleli kara delikler büyük gezegenlerin oluşmasına yardımcı olabilir

Kara deliklerle ilgili popüler bir efsane, dev kozmik elektrikli süpürgeler gibi davranıp etraflarındaki her şeyi emdikleridir. Ancak Wladimir Lyra’nın araştırması, süper kütleli kara deliklerin etrafında, Jüpiter’den daha büyük gezegenlerin doğmasına neden olan, daha çok kozmik bir çocuk odasına benzeyen yeni bir mekanizma buldu.

Lyra, “Kütlesi Dünya’nın bin katı olan ancak saf tozdan yapılmış nesneler buluyoruz” dedi. “Ve sadece bu değil, aynı zamanda bu nesnelerden bazıları da güneşin kütlesine yaklaşıyor.”

New Mexico Eyalet Üniversitesi’nde astronomi doçenti olan Lyra, bu araştırma hattına 2010 yılında Amerikan Doğa Tarihi Müzesi’nde Barry McKernan, Saavik Ford ve Mordecai-Mark Mac Low ile işbirliği yaparak doktora sonrası araştırmacı olarak başladı.

Şu anda Santa Fe Hazırlık Okulu’nda çalışan Bhupendra Mishra, Lyra’nın ekibine katıldı ve sonuçta “Aktif Galaktik Çekirdek Tori: Milyonlarca Gezegenin Potansiyel Doğum Yeri” başlıklı makaleleri yayınlandı. Astrofizik Dergisi. Ortak yazarlar arasında McKernan, Mac Low, Ford ve Harrison E. Cook yer alıyor.

Kara delik disklerindeki toz dünyaları

Lyra, “Süper kütleli kara deliklerin etrafındaki diskin etrafında dönen düşük kütleli kara deliklerin, tıpkı gezegensel embriyoların veya ön gezegenlerin güneşin etrafında davrandığı gibi davranacağı hipotezini ortaya attık” diye açıkladı.

“Göç edecekler, yörüngelerini değiştirecekler, diğer proto-gezegenlerle çarpışacaklar ve daha büyük şeyler oluşturacaklar. Bu, ağır kara delikler oluşturmanın evrendeki diğer her şeyden tamamen farklı bir yolu. Bu fikri tam teşekküllü bir teoriye dönüştürdük. ‘AGN Kanalı’ olarak biliniyor ve ikna edici gözlemsel kanıtlar biriktiriyor.”

Lyra’nın ekibi, süper kütleli kara deliklerin etrafındaki birikim disklerinin dış bölgelerinin, bebek yıldızların etrafındaki birikim disklerine benzer koşullara sahip olabileceğini keşfetti. Öngezegen disklerine benzer şekilde, süper kütleli kara deliklerin etrafındaki diskler, saf tozdan oluşan gezegen kütleli nesnelere sahiptir.

Lyra’nın ekibi bir bilgisayar modeli kullanarak bu disklerin dış bölgelerindeki koşulları yapılandırdı ve tozun nasıl bir araya toplandığını ve tomurcuklanan gezegenlerin milyonlarca yıl içinde nasıl büyüdüğünü buldu.

Dev gezegenlerden yıldızlara

Mishra, “En büyük sürpriz, gezegenlerin sayısı ve bu gezegenlerin boyutlarıydı; aktif galaktik çekirdeklerin yaşam süresi içinde ne kadar büyük ve ağır hale gelebilecekleriydi” dedi.

Bilgisayar simülasyonları, Aktif Galaktik Çekirdek (AGN) olarak bilinen bir galaksinin kompakt merkezi bölgesinin, süper kütleli bir kara deliğe düşen madde tarafından sağlanan muazzam enerjiyi nasıl ürettiğini, toz ve gazın ısınıp parlak bir şekilde parlayarak devasa dış gezegenler oluşturmasına neden olduğunu gösteriyor.

Bu ötegezegenler çok büyük olduğundan, nükleer füzyonu ateşleyip yıldızlara dönüşebilecekleri aralıktadırlar.

Lyra, “Bu, ilk kez keşfettiğimiz bir yıldız oluşturma mekanizmasıdır” dedi. “Yıldızlar genellikle yerçekimsel çöküş dediğimiz olayda oluşur. Yukarıdan aşağıya doğru. Gazı oluşturursunuz, büyük bir gaz bulutu vardır, çok yoğun olduğundan kendi ağırlığı altında çöker. Normalde büyük bir şeyle başlarsınız ve çökerek bir yıldız oluşturur.

“Bizim mekanizmamız tam tersi. Aşağıdan yukarıya doğru oluşuyorsunuz. Önce yapı taşlarını oluşturuyorsunuz, sonra gaz biriktiriyorsunuz ve sonra patlayarak bir yıldız oluşturuyorsunuz.”

Ağır kara deliklere giden yol

Lyra’nın ekibi bu tür bir ortamın, kara deliklere dönüşebilecek büyük yıldızların oluşması için ideal olacağına inanıyor. Bu kara delikler sonunda çarpışarak ağır (güneşin kütlesinin birkaç yüz katı) kara delikler oluşturabilir.

Mishra, “Bu kara delikler çok büyük” dedi. “Bunlar Güneş’in yüzlerce ya da binlerce katı büyüklüğündeler ve eğer merkeze doğru hareket etmeye başlarlarsa, muhtemelen LISA (Lazer İnterferometre Uzay Anteni) tarafından tespit edilecek bir sinyal de üretiyorlar ki bu da bir yerçekimsel dalga sinyali.”

LISA, Avrupa Uzay Ajansı tarafından 2030’ların ortalarında fırlatılması planlanan, uzaya dayalı bir gözlemevidir. Eşkenar üçgen şeklinde uçan ve birbirlerine lazer ışınları gönderen üç özdeş uzay aracından oluşacak. LISA, kütleçekimsel dalgaları (uzay-zaman dokusunda büyük kozmik olayların neden olduğu görünmez dalgalanmalar) tespit etmek ve ölçmek için tasarlanmıştır.

Lyra, “Bu kütleler uzay-zamanı büküyor, dolayısıyla iki kara delik birbirinin yörüngesinde döndüğünde, uzayın dokusunu dalgalar gibi dalgalanacak şekilde değiştiriyorlar” dedi. “Einstein, genel görelilik teorisini ortaya attığında bu kütleçekim dalgalarını öngördü. Bu, evrene yeni bir pencere açtı, ancak artık kara delikler artık kara değil. Bu kütleçekim dalgalarını gözlemleyebiliyoruz.”

Test olarak mikro mercekleme

Lyra’nın ekibi teorisini nasıl kanıtlayacak? Anahtar, Albert Einstein’ın 1912’de düşündüğü ve yaklaşık 24 yıl sonra isteksizce dergiye yazdığı bir şeyde yatıyor. Bilim. Buna mikro-mercekleme adı veriliyor; devasa, çoğunlukla görülmeyen bir nesnenin kozmik bir büyüteç gibi davranarak, yeni teorik nesnelerin varlığını test etmek için arka plandaki bir yıldızı aydınlattığı bir olgu.

Bu durumda, belirli bir teorik nesneye karşılık gelen benzersiz, gözlemlenebilir bir “parlaklık modeli” (ışık eğrisi) tahmin ederek, bu bilim adamları teorilerini kanıtlamak için astronomik verilerde eşleşen bir “parmak izi” arayabilir.

Lyra, “Einstein, imzanın çok küçük olması nedeniyle asla gözlemlenemeyeceğini düşünüyordu, ancak teorisi tamamen yeni bir alanı ateşledi” dedi. “Bu, ötegezegenleri bulmak için kullandığımız ana tekniklerden biri. Şu anda milyar dolarlık bir NASA misyonu var: Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, bu teknikle bir grup ötegezegenin haritasını çıkaracak.

“Makalemizde bunun teorimizin doğru olabileceğini göstermek için de kullanılabileceğini öngörüyoruz çünkü AGN diskinde yörüngede dönen gezegenler AGN’nin görüş hattı boyunca geçtikten sonra parlak AGN için yerçekimsel bir mercek görevi görecekler.”

Sonraki simülasyonlar ve Roma verileri

NASA, Ağustos ayında Roma Uzay Teleskobu’nu fırlatacak. Hubble Uzay Teleskobu’ndan 100 ila 200 kat daha büyük bir görüş alanına sahiptir. 300 megapiksel kızılötesi kamerayla donatılan Roman, evrenin geniş, yüksek çözünürlüklü panoramik görüntülerini yakalayabilecek.

Ancak ekip bunu beklemiyor; yerçekimi dalgası olaylarının elektromanyetik karşılıklarını tahmin etmeye odaklanmak için bir sonraki bilgisayar simülasyonunu şimdiden planlıyor.

Mishra, “Planımız, bu senaryoyu, bir kara deliğin olduğu, gazın spiral çizdiği ve gerçek simülasyonda tüm bu türbülansın devam ettiği manyetik alanların olduğu tam bilgisayar modelinde yaratmaktır” dedi. “Son derece karmaşık bir simülasyon olacak ve bu bizim bir sonraki adımımız.”