Kara delik jetleri galaksilerin görünür kenarlarının çok ötesine ulaşarak potansiyel olarak galaksilerin kaderini belirliyor

Galaksiler çok büyüktür ve yüz milyarlarca yıldızı barındırır. Bu yıldızlar soğuk ve yoğun gazdan oluşur. Samanyolu da dahil olmak üzere her büyük galaksi, galaksi çevresi ortamı veya CGM adı verilen devasa bir gaz zarfıyla sarılmıştır. Bu hammadde deposu galaksinin görünür kısmının 10-20 katı kadar genişliyor.

Gaz sonunda soğur, içeriye doğru hareket eder ve yıldızları oluşturmak üzere bir araya toplanır. Bu nedenle CGM, yıldızları, gezegenleri ve hatta bir galaksideki yaşamı şekillendirmede önemli bir rol oynar.

Ancak gökbilimciler, etrafını saran yıldız oluşturucu gaz miktarı göz önüne alındığında, galaksilerin neden daha fazla yıldıza sahip olmadığı konusunda uzun süredir kafa karışıklığı yaşıyorlar. Yakıtın soğumasını ve bu yıldızları oluşturmasını engelleyen şey nedir?

Arizona Eyalet Üniversitesi’nden (ASU) gökbilimciler Sanchayeeta Borthakur ve şu anda Raman Araştırma Enstitüsü’nde (RRI) çalışan Namrata Roy tarafından yürütülen yeni bir araştırma, galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara delikler tarafından püskürtülen dar ısıtılmış plazma jetlerinin görünür galaksinin ötesindeki gazı etkileyebileceğine ve onun geleceğini şekillendirebileceğine dair kanıtlar buldu. Fıskiyeler galaksilerin büyümeye devam etmesi için ihtiyaç duyduğu gazı bozabilir.

Araştırmaları şu dergide yayınlandı: Astrofizik Günlük Mektupları.

“Bu, kara deliklerin galaksileri, yıldızlarını ve bildiğimiz yaşamı nasıl etkilediğine dair uzun süredir devam eden gizemi çözen çığır açıcı bir sonuç!” ASU’nun Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’nda doçent olan Borthakur şöyle konuştu:

“Bu çalışma, bulunduğumuz yerden trilyonlarca kilometre uzaktaki süper kütleli kara delikler arasındaki bağlantının inceliklerini ve buraya nasıl geldiğimizi daha fazla araştırmak için yeni bir yön açıyor.”

Boyutu küçük, etkisi büyük

Bir kara delik aktif olarak gazla beslendiğinde, çevredeki gazı ısıtan muazzam bir enerji açığa çıkarabilir. Bu kara delikler enerji santralleri olabilseler de, kabaca güneş sistemimizin büyüklüğündedirler. Öte yandan, ev sahibi galaksileri bu tür yaklaşık 100 milyar güneş sistemini barındırabilir.

“Şaşırtıcı soru şu: Bu kadar küçük bir şey, bu kadar muazzam bir şeyi enerjisel olarak nasıl etkileyebilir?” dedi RRI’da yardımcı doçent ve eski ASU Araştırma Ödülü Doktora Sonrası Araştırmacısı Roy.

Bunu tasavvur etmenin bir yolu, bir karıncanın yüzlerce hatta binlerce kilometre ötede iz bıraktığını düşünmektir. Bilim insanları hala bu aktif karadeliklerden gelen enerjinin nasıl bu kadar mesafelere ulaştığını veya yol boyunca nasıl değiştiğini tam olarak anlamış değil.

Ekibin çalışması bunun nasıl olabileceğine dair kanıt sağlıyor. Güçlü jetler yayan aktif kara deliklere, galaksinin görünür kenarının çok ötesine ateş eden dar sıcak, hızlı hareket eden plazma akışlarına odaklandılar. Gaz rezervuarının iyonlaşma durumunda bu jetlerin bıraktığı belirgin bir izi aradılar.

CGM’de aradıkları iyonize gaz veya hidrojen gazından gelen “parıltı” o kadar zayıf ki hiçbir galaksi bunu açıkça gösteremez. Böylece ekip, Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı (DESI) araştırmasından elde edilen verileri ve LOFAR İki Metrelik Gökyüzü Araştırmasından (LoTSS) elde edilen radyo jeti ölçümlerini kullanarak yüzlerce galaksinin gözlemlerini aktif jetlerle birleştirdi. Jet eksenleri boyunca alınan ölçümleri birleştirdiler ve jet yolları boyunca H-alfa olarak bilinen iyonize hidrojen gazının işaretini aradılar.

Roy, Borthakur ve meslektaşları, galaksilerin etrafındaki tüm yönlerden ortalama alındığında sinyalin zayıf olduğunu gösterdi. Ancak radyo jetleri boyunca H-alfa sinyali net ve güçlü hale geldi. Bu, gazın her yerde eşit şekilde parlamadığını ancak jet yolları boyunca özellikle parlak olduğunu gösterir.

Basit bir benzetme, jetin her yöne parlayan bir lamba gibi davranmasından ziyade içinden geçtiği yerde gazın parıldamasını sağlayan güçlü bir ışın gibi davranmasıdır.

Bu bulgular, kara delik jetlerinin galaksileri çevreleyen gazı her yöne eşit şekilde etkilemediğini gösteriyor. Bunun yerine, gazın iyonize olmasına ve esas olarak yolları boyunca parlamasına neden olarak belirgin bir izlenim bırakıyorlar.

Araştırmacılar ayrıca iyonize hidrojenden gelen ışıltının iki yerde en parlak olduğunu buldu: jetin CGM’ye ilk çarptığı galaksiye yakın ve jetin enerjisinin çoğunu serbest bıraktığı CGM’nin dış kenarına çok daha yakın.

Bu, jetlerin CGM’ye kadar uzak mesafelerdeki çevredeki gazı nasıl aydınlatabileceğine veya bozabileceğine dair açık bir imza sağlıyor. Bu mekanizma galaksinin çevresinin şekillenmesine yardımcı oluyor, büyümesini ve evrimini etkiliyor ve yıldız oluşturmaya devam edip etmediğini ya da hareketsiz mi kalacağını belirliyor.

Roy, “Beni en çok heyecanlandıran şey bağlantının boyutu” dedi. “Bir kara delik, bir galaksiyle karşılaştırıldığında inanılmaz derecede küçüktür, ancak etkisi yüzbinlerce ışıkyılına, galaksinin dış bölgelerine ulaşabilir. Jet, enerjiyi dışarı doğru taşır ve gaz, yolu boyunca parlar.”

Ekip, bir kontrol olarak aynı zamanda soğutucu gazın izini sürmek için magnezyumun soğurma imzasını da kullandı. H-alfadaki yönlü parıltının aksine, magnezyum daha izotropik olarak dağılmıştı ve jet yönü ile hiçbir bağlantı göstermedi. Bu, soğuk gaz bileşeninin galaksiyi her taraftan eşit şekilde çevreleyen bir rezervuar olarak zaten mevcut olabileceği anlamına gelir. Bu arada jet, gazı kendi yolu boyunca aydınlatır, ısıtır ve iyonize ederek H-alfa halinde parlamasına neden olur.

Kara delikler galaksinin kaderini belirliyor

Bulgular, bir kara deliğin merkez bölgesinin çok ötesindeki bir galaksiyi nasıl etkileyebileceğine dair şimdiye kadarki en net kanıtlardan bazılarını sunuyor. Jetler, CGM boyunca gazı ısıtarak, karıştırarak ve rahatsız ederek, bu gazın soğumasını ve yeni yıldızları beslemek için içeriye düşmesini önleyebilir. Bu, galaksinin büyümesi üzerinde bir fren görevi görüyor, kaderini değiştiriyor ve yıldız oluşumunda onu çok daha az aktif hale getiriyor.

Bu, bazılarının sandığı gibi kara deliğin sadece galaksinin merkezinden “beslenmediği” anlamına geliyor. Aynı zamanda uzanıp galaksinin ortamını değiştirir ve bu da sonunda kaderini değiştirebilir.

Özel yönler: yolun her iki tarafına da bakın

Geçmiş çalışmalar sinyali aradı ancak tespit edemedi, bu da bu yönlü keşfi bir atılım haline getirdi. Sinyal yalnızca araştırmacılar jet yönüne baktığında ortaya çıkıyor. Gökbilimciler CGM’nin her yönde aynı olduğunu varsaymış olsalardı onu gözden kaçırmış olacaklardı. Jet, hidrojen gazını yolu boyunca iyonize ederek H-alfa halinde belirli bir yönde parlamasını sağlar.

Bu çalışma, Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti (DESI) araştırması ve LOFAR İki Metrelik Gökyüzü Araştırması (LoTSS) gibi büyük optik ve radyo araştırmalarının değerini göstermektedir. Gökbilimciler artık pek çok zayıf sinyali birleştirerek normalde gizli kalacak galaksilerin davranışlarını inceleyebiliyorlar. Çalışma aynı zamanda gökbilimcilere ve teorisyenlere kara delik jetlerinin galaksileri nasıl etkilediğini test etmenin yeni bir yolunu sunuyor.

Ortak yazarlar arasında Johns Hopkins Üniversitesi’nden Timothy Heckman ve Arizona Eyalet Üniversitesi’nden Tanmay Singh yer alıyor.