Bilinen en hızlı Samanyolu yıldızı, süper kütleli kara deliğin dönüşüne ilişkin yeni bir test sunuyor

Gökbilimciler galaksimizdeki bilinen en hızlı yıldız olan Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin yörüngesinde döndüğünü keşfettiler. S301 adlı yıldız, Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskop Girişimölçeri (ESO’nun VLTI’si) ile tespit edildi ve dört milyon güneş kütleli kara deliğin etrafında dönerken 25.000 km/s (saniyede 15.500 mil) hıza ulaştı. Ona daha önce gözlemlenen diğer yıldızlardan daha fazla yaklaşıyor, o kadar yakın ki kara deliğin dönüşünün etkilerini hissediyor.

Garching, Almanya’daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’nün (MPE) yöneticisi ve kurucularından biri olan Nobel Ödülü sahibi Reinhard Genzel, “Galaksimizin merkezi kara deliği Sagittarius A*’nın yörüngesinde dönen yıldızları onlarca yıldır dikkatlice takip etmek, çok umut verici bir yıldızın bu çığır açıcı keşfine yol açtı. Sagittarius A*’ya çok yakın yörüngede döndüğü için S301, bu ekstrem kara delik ortamında uzay-zamanın temel özelliklerine yeni bir pencere açıyor” diyor. yeni gözlemleri yapan işbirliğinin üyesi.

Felix Mang, “Bu yıldızın özelliği, Sagittarius A*’nın etrafında çok dar bir yörüngede dönmesi, bunu tamamlamasının sadece 8,7 yıl sürmesi ve kara deliğe Dünya’nın güneşe olan mesafesinin yalnızca 12 katı uzaklıkta yaklaşması. Bu eşi benzeri görülmemiş bir şey” diyor. MPE’de öğrenci ve yayınlanan çalışmanın yazarı Doğa.

Spini test etmek için nadir bir şans

Yıldız, kara deliğe en yakın geçişi sırasında saniyede yaklaşık 25.000 kilometre hızla (ticari bir uçaktan 100.000 kat daha hızlı, yani ışık hızının %8’inden daha hızlı) hareket ederek Samanyolu’ndaki en hızlı yıldız rekorunun sahibi oluyor. S301 aynı zamanda Sagittarius A*’ya şu ana kadar gözlemlenen diğer yıldızlardan daha fazla yaklaşıyor ve kara deliğe Satürn’ün güneşe yaklaşık mesafesi kadar yaklaşıyor. S301, Yay A*’ya çok yaklaştığı için, bir kara deliğin dönüşünü doğrudan ölçmek için kullanılabilecek bilinen ilk yıldızdır.

Evrenimizdeki çoğu şey gibi gökbilimciler de Yay A*’nın döndüğünü tahmin ediyor. Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, dönen bir kara delik, uzay-zamanı da kendisiyle birlikte sürükler ve onu büker, bu da çevredeki yıldızların yörüngelerini etkiler. Etki, yakın mesafeden hızlı dönen kara deliklerin etrafında dönen nesneler tarafından daha güçlü bir şekilde hissediliyor.

Mang, “Bu yıldızla önümüzdeki 10 yıl içinde kara deliğin dönüşünü ölçmeyi umuyoruz” diyor. Yeni çalışmada da öncü bir role sahip olan MPE araştırmacısı Stefan Gillessen şunu ekliyor: “İlk defa, büyük bir kara deliğin dönüşünü gerçekten doğrudan ölçebilecektik ve bu, Einstein’ın teorisinin önemli bir testi olacaktı.”

Fransa’daki LIRA Paris Gözlemevi’nden (PSL) gökbilimci Juan Osorno da şunu ekliyor: “Bu yıldız olmasaydı, kara deliğin dönüşünü ölçmeye yaklaşmak için diğer yıldızların hareketlerini birkaç on yıl daha ölçmemiz gerekecekti.”

Ekip S301’i nasıl takip etti?

Gökyüzünde Betelgeuse’den (Orion takımyıldızındaki turuncu yıldız) 2 milyar kat daha sönük görünen S301’i bulmak kolay olmadı. Ekip, ESO’nun Şili’deki Paranal Gözlemevi’ndeki bir tesis olan VLTI’yi ve altyapı yükseltmesinin ardından artık GRAVITY+ olarak bilinen GRAVITY cihazını kullandı. VLTI’nin süper gücü, dört adet 8 metrelik (26 ft) teleskoptan gelen ışığı birleştirerek tek bir 8 metrelik (26 ft) teleskoptan 15 kat daha fazla uzaysal çözünürlüğe sahip ‘sanal’ bir teleskop oluşturma yeteneğinde yatmaktadır.

GRAVITY+ baş araştırmacısı ve MPE direktörü ortak yazar Frank Eisenhauer, “Dünya çapında Paranal, bu tür gözlemleri yapabileceğiniz tek yer çünkü dünyadaki başka hiçbir gözlemevinde girişimölçer olarak birlikte hareket edebilecek dört adet 8 metrelik teleskop bulunmuyor” diyor.

Ekip, GRAVITY ve daha sonra GRAVITY+ ile 2023 baharında yeni yıldıza ilk bakışı yakalamayı başardı ve o zamandan beri yörüngesini sınırlamak için onu takip etti. Ayrıca S301’in yörünge geçmişini 2017’ye kadar izleyebildiler ve merkezi kara deliğe en son 2023’ün başlarında yaklaştığını buldular. S301’in yörünge özellikleri ve yıldızların büyük bir kara deliğe bu kadar yakın oluşamayacağı gerçeği, yıldızın muhtemelen Yay A*’nın gelgit kuvvetleri tarafından parçalanan bir ikili çiftin parçası olduğunu gösteriyor. Bu süreçte S301, kara deliğin yerçekimi tarafından sıkışıp kalırken, yoldaş yıldızı yüksek hızla, büyük olasılıkla galaksiyi tamamen terk edecek kadar hızlı bir şekilde dışarı atıldı.

2031’deki bir sonraki yakın geçiş

GRAVITY+ ve ESO’nun yaklaşmakta olan Aşırı Büyük Teleskopu (ELT) üzerindeki MICADO aygıtı ile yapılan takip gözlemleri, 2031’deki bir sonraki en yakın geçişini gerçekleştiren S301’in yolunun önümüzdeki on yıl boyunca izlenmesi açısından çok önemli olacaktır. S301’in en az iki tam yörüngesinin gözlemlenmesi, ekibin Yay A*’nın dönüşünü ilk kez doğrudan belirlemesine olanak sağlamak için yörüngesinin yeterli hassasiyetle sınırlandırılmasına olanak tanır. Mang, “Bu bir rüyanın gerçekleşmesi olurdu” diyor.