Kaçak süper kütleli kara delik RBH-1, antik birleşmeyi yeniden yapılandırmanın yeni yolunu sunuyor

Kara delikler, yerçekiminin o kadar güçlü olduğu, hiçbir şeyin, hatta ışığın bile onlardan kaçamadığı büyüleyici uzay bölgeleridir. Süper kütleli kara delikler olarak adlandırılan bilinen en büyük kara delikler, güneşin milyonlarca ila milyarlarca katı kütleye sahiptir ve genellikle galaksilerin merkezlerinde bulunur.

Yaklaşık üç yıl önce gökbilimciler, uzayda neredeyse 1.000 km/s (saniyede 620 mil) hızla yol alıyormuş gibi görünen “kaçak” bir süper kütleli kara delik gözlemlediler. Bu kara delik, bugüne kadar inşa edilmiş en büyük uzay gözlemevlerinden ikisi olan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Hubble Uzay Teleskobu (HST) tarafından tespit edildi.

Kavli Teorik Fizik Enstitüsü (KITP), California-Santa Barbara Üniversitesi (UCSB) ve Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yakın zamanda RBH-1 olarak bilinen bu gezici kara deliğin kökenlerine daha fazla ışık tutmaya çalıştı.

Makaleleri şu tarihte yayınlandı: Fiziksel İnceleme Mektuplarıkara deliğin iki süper kütleli kara deliğin birleşmesiyle uzaya fırlatılmış olabileceğini öne sürüyor.

Makalenin ilk yazarı Tousif İslam, CEİD’a şöyle konuştu: “Geri tepen süper kütleli kara delikler daha önce önerilmiş olsa da, RBH-1, muhtemelen iki süper kütleli kara deliğin birleşmesini takiben oluşan güçlü bir yerçekimsel dalga geri tepmesinin sonucu olarak, ev sahibi galaksinin merkezinden fırlatılmış gibi görünen süper kütleli bir kara deliğin ilk ikna edici örneğidir.”

“Bu, Einstein’ın genel görelilik teorisinin en büyüleyici tahminlerinden birinin muhteşem bir doğrulamasıdır. Bizim için bu keşif doğal olarak bir sonraki soruya yol açtı.”

RBH-1’den önceki birleşmenin yeniden yapılandırılması

Daha önceki bir makalede, İslam ve diğer araştırmacılar, bir kara delik birleşmesinden sonra geride kalan kara deliğin, 5.000 km/s’ye (saniyede 3.100 mil) varan yüksek bir geri tepme hızı veya tekme ile uzaya fırlatılabileceğini göstermişti. Dolayısıyla bir kara delik birleşmesi, JWST ve HST tarafından gözlemlenen hızla hareket eden RBH-1 kara deliğinin davranışını potansiyel olarak açıklayabilir.

İslam, Tejaswi Venumadhav ve Digvijay Wadekar ile işbirliği içinde, RBH-1’in uzayda bu kadar yüksek hızda seyahat etmesine neden olan büyük yerçekimsel dalga geri tepmesine (yani “tekme”) yol açmış olabilecek kara delik birleşmesini yeniden yapılandırmaya koyuldu. Bunu yapmak için teoriye dayalı simülasyonlar ve teorik çerçevelerin bir kombinasyonuna güvendiler.

“Şunu sorduk: RBH-1’in gözlemlenen özellikleri, yaklaşık 70 milyon yıl önce birleşen iki süper kütleli kara deliğin kütlelerini ve dönüşlerini ortaya çıkarabilir mi?” İslam dedi. “Daha geniş anlamda, kaçak bir kara deliği, artık doğrudan gözlemleyemediğimiz bir galaksi birleşmesinin tarihine açılan bir pencere olarak kullanabilir miyiz? Çalışmamızın temel amacı bu soruları yanıtlamaktı.”

Kara delik birleşmelerinin çoğu, ortaya çıkan, birleşmiş kara deliği galaksisinden çıkarmak için çok küçük olan nispeten mütevazı bir geri tepme üretir. RBH-1’in uzayda bu kadar hızlı hareket etmesini sağlayacak birleşmeyi yeniden yapılandırmak için araştırmacılar, onun galaksisinden fırlatıldıktan sonraki hızını tahmin ederek işe başladılar.

İslam, “Yerçekimi dalgası astronomisi uzmanları olarak soruna adli tıp soruşturması gibi yaklaştık” dedi. “Asıl ipucu, HST ve JWST gözlemlerinden anlaşılan RBH-1’in olağanüstü hızıydı – yaklaşık 1.000 km/s (saniyede 620 mil). Sorumuz basitti: Ne tür bir ikili süper kütleli kara delik birleşmesi, bir kara deliği bu kadar inanılmaz bir hızda başlatabilirdi?

“Buna cevap vermek için, gözlemsel ölçümleri, Einstein’ın süper bilgisayarlardaki denklemlerini kara delik pertürbasyon teorisiyle birlikte çözen, son derece hassas sayısal görelilik simülasyonlarından geliştirilen ikili kara delik birleşmelerinin teorik modelleri ile birleştirdik.”

Ekibin güvendiği teorik modeller, birleşen iki kara deliğin kütlelerinin ve dönüşlerinin, birleşmeden kaynaklanan kalan kara deliğin kütlesine, dönüşüne ve geri tepme hızına katkısını tahmin ediyor. Araştırmacılar daha sonra milyonlarca olası öncül ikili kara delik konfigürasyonunu RBH-1’in gözlemlenen özellikleriyle karşılaştırdılar.

İslam, “Bu, verilerle en tutarlı kombinasyonları belirlememize ve öncül sisteme niceliksel kısıtlamalar yerleştirmemize olanak sağladı” dedi. “Birleşmenin büyük olasılıkla kütle oranı yaklaşık 6:1’in altında olan iki süper kütleli kara deliği içerdiğini, daha büyük kara deliğin hızla döndüğünü ve ikilinin birleşmeden önce muhtemelen devinim halinde olduğunu gösterdik.”

Gelecekteki kütleçekim dalgası araştırmalarına bilgi vermek

Bu çalışma, süper kütleli kara delik birleşme rekonstrüksiyonlarının, belirli süper kütleli kara deliklerin ortaya çıkmasına yol açabilecek fiziksel özellikleri ortaya çıkarmak için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu yaklaşımı kullanan Islam, Venumadhav ve Wadekar, RBH-1’i üretmek için birleşen iki süper kütleli kara deliğin özelliklerini çıkarabildiler ve onları bir araya getirmiş olabilecek galaksi birleşmesine dair fikir edinebildiler.

İslam, “Daha geniş anlamda, çalışmamız astronomik gözlemlerin ve Einstein’ın genel göreliliğine dayalı teorik modellerin ‘saati geri sarmak’ ve dikkate değer kozmik olayların tarihini ortaya çıkarmak için nasıl birleştirilebileceğini gösteriyor” dedi.

“İleriye baktığımızda, bu çalışmanın süper kütleli kara delik birleşmelerini incelemek için yeni bir yol açacağını umuyoruz. JWST, Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu ve gelecekteki gözlemevleri daha fazla geri tepen süper kütleli kara delikler keşfettikçe, aynı yaklaşım bunların birleşme geçmişlerini yeniden yapılandırmak ve galaksilerin ve merkezdeki kara deliklerin birlikte nasıl geliştiğini daha iyi anlamak için kullanılabilir.”

Gelecekte, bu araştırma ekibinin çabaları, Lazer Girişimölçer Uzay Anteni (LISA) tarafından toplanan süper kütleli kara delik birleşmelerinin doğrudan kütleçekimsel dalga gözlemlerini tamamlayabilir. LISA, Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından NASA ortaklığıyla inşa edilen uzay tabanlı bir yerçekimsel dalga gözlemevidir.

Araştırmacılar şimdi ikili kara delik birleşmelerinin modellemesini daha da geliştirmek için çalışıyorlar. Spesifik olarak, Einstein’ın genel görelilik teorisine dayanan ikili kara delik birleşmelerinin daha doğru teorik modellerini geliştirmeyi planlıyorlar.

İslam, “Ayrıca, JWST, Nancy Grace Roma Uzay Teleskobu ve diğer gözlemevlerinden geri tepen süper kütleli kara deliklerin gelecekteki keşiflerine de kullandığımız yöntemleri uygulamayı umuyoruz” diye ekledi.

“Gözlemlenen sistemlerin sayısı arttıkça, birleşme geçmişlerini yeniden inşa edebileceğiz ve süper kütleli kara deliklerin ve onlara ev sahipliği yapan galaksilerin birlikte nasıl evrimleştiğine dair daha derin bir anlayış kazanabileceğiz. Sonuçta, bu çabaların, LISA tarafından süper kütleli kara delik birleşmelerine ilişkin gelecekteki kütleçekim dalgası gözlemlerini tamamlayarak bu olağanüstü olayların daha eksiksiz bir resmini sunacağını umuyoruz.”