Galaksimizin kara deliğinin etrafındaki yıldızlar neden yoldaşlarını özlüyor?

Yeni bir çalışma, Samanyolu’nun merkezindeki kara deliğin yörüngesindeki genç yıldızların şaşırtıcı derecede sıradan bir kökene sahip olabileceğini öne sürüyor. Ancak kara deliğin etkisi, kökenlerinin gerçekte olduğundan daha egzotik görünmesini sağlayan şey olabilir. Yörüngelerini şekillendirmenin yanı sıra yıldız yoldaşlarını da yok edebilir. Bu çalışmayı özetleyen makale şu tarihte yayınlandı: Astronomi ve Astrofizik 11 Ağustos’ta.

Kaotik ortam

S kümesi olarak bilinen bir yıldız kümesi, Samanyolu’nun merkezi süper kütleli kara deliği Yay A*’ya (Sgr A*) yaklaşık 0,04 parsek (0,13 ışıkyılı) uzaklıkta yer almaktadır. Kara deliğin kütlesi Güneş’in yaklaşık 4 milyon katıdır.

Bu B-tipi yıldızlar şaşırtıcı derecede gençtir; ortalama birkaç milyon yaşındadırlar. Ancak bir kara deliğin bu kadar yakınında geleneksel yıldız oluşumu mümkün olmamalıdır, çünkü kara deliğin yoğun yerçekimi, herhangi bir gaz bulutunu yıldız oluşturacak şekilde çökmeden önce parçalayacaktır. Gökbilimciler bu şaşırtıcı durumu “gençliğin paradoksu” olarak adlandırıyor.

Genç S yıldızlarının nasıl oluşmuş olabileceğine dair önerilen iki fikir var. Yerinde oluşum, yıldızların bugün gördüğümüz yerde oluştuğunu öne sürüyor. Yaklaşık 6 milyon yıl önce güçlü bir Sgr A* patlamasını içeriyor. Ortaya çıkan dışarı akış, çevredeki gazı bir kabuk halinde sıkıştırmış ve bu daha sonra parçalanarak yıldızları oluşturmuş olabilir. Bu teoriye gaz kabuğu parçalanması denir.

Ex situ oluşum, yıldızların daha uzakta oluştuğunu ve daha sonra içeriye doğru hareket ettiğini gösteriyor. Bir olasılık, yıldızların ayrı, iyi bilinen bir disk yapısında daha uzakta oluşması ve daha sonra zamanla içeriye doğru göç etmesidir; ancak bu, S yıldızlarının yüksek, neredeyse rastgele yörünge eksantrikliklerini ve O ve Wolf-Rayet yıldızları göç etmezken B yıldızlarının neden göç ettiğini açıklamakta güçlük çekiyor.

Diğer bir olasılık ise Sgr A*’nın gelen bir ikiliyi parçaladığı, bir yıldızı yakaladığı ve arkadaşını yüksek hızlı bir yıldız olarak fırlattığı Hills mekanizmasıdır. Ancak galaktik merkezin yakınında bulunan yüksek hızlı yıldızlar, S yıldızlarından çok daha yaşlıdır ve bu mekanizma, S kümesinde neredeyse hiçbir ikili sistemi geride bırakmaz. Bu, bu kümede yakın zamanda keşfedilen D9 (ikili sistem) ile tutarsızdır.

Neden bekar hayat?

Ayrıca S yıldızları ile çevredeki genç popülasyonlar arasındaki ikili fraksiyon arasında da bir uyumsuzluk var ve bu, önemli bir ipucunu saklıyor olabilir. Galaktik alandaki büyük yıldızların ikili oranı yaklaşık %69 ± 9 iken, önceki gözlemler Sgr A* yakınlarında daha düşük bir oran olduğunu öne sürüyordu. D9’un keşfi yazarları bu soruyu yeniden düşünmeye sevk etti.

Portekiz’deki Coimbra Üniversitesi’nden Rodrigo P. Silva liderliğindeki ekip, S yıldızları arasındaki ikili sistemlerin sayısını iyileştirdi. Gözlemlenen ikili fraksiyon %43 ± %9 idi. Yerinde oluşum yolunun bu sayıya uyup uymadığını test etmek için, 1 milyon yıl boyunca 100.000 simüle edilmiş ikili yıldız sistemini izleyen bilgisayar simülasyonları çalıştırdılar.

S kümesinin gözlemlenen yapısına uygun gerçekçi yörüngeler oluşturdular. Genellikle büyük yıldızlarda görülen standart bir ikili kesirle (%69) başlayarak, simülasyonlarda yerçekiminin ve kara deliğin gelgit kuvvetlerinin ortaya çıkmasına izin verdiler.

Ex situ yerine yerinde

Araştırmacılar her bir ikili için üç olası sonucu izledi: bozulmadan hayatta kalmak, tek bir yıldıza dönüşmek veya parçalanmak (bozulmak). Buldukları şey şu: %62’si hayatta kaldı, %18’i birleşti ve %20’si bozuldu; sonuçta ortaya çıkan S-yıldız popülasyonunun yaklaşık %38 ± %10’u kadar tahmini bir nihai ikili kesir üretildi. Bu, belirsizlikler dahilinde gözlemlenen sayıyla uyumludur.

Ayrıca tahmin edilen ikili kesirin kara deliğe olan mesafeye göre nasıl değişmesi gerektiğini de modellediler. Farklı mesafelerde tutarlılık gördüler. Bu nedenle sonuçlar, genç yıldızların başka yerden göç etmek yerine Galaktik merkeze yakın bir yerde oluştuğu fikrini destekliyor.

Ekip makalede şöyle yazıyor: “Bu, Sgr A*’ya doğru düşüşün öncelikle artan gelgit kesintisinden kaynaklandığı, bu bölge genelinde ortak bir oluşum mekanizmasına işaret ediyor.” “Bulgularımız gaz kabuğu parçalanması gibi yerinde oluşum senaryosunu destekliyor.”

Araştırmacılar, gelecekte yıldızların hareketleri ve spektrumlarının daha hassas ölçümleri de dahil olmak üzere daha iyi gözlemlerin, kaç çift yıldızın mevcut olduğu ve bunların oluşum geçmişi hakkında daha fazla bilgi ortaya çıkarabileceğini söylüyor.