Bu görüntü, bir sanatçının merkezdeki süper kütleli bir kara delikle beslenen bir kuasarın iç bölgelerini oluşturduğunu göstermektedir. Gaz ve toz diski kara deliğe düştükçe, yüksek sıcaklıklar ışık oluşturur. Bu ışıktaki farklılıklar gökbilimcilerin karadeliğin kütlesini ölçmelerine yardımcı olabilir.
(Resim: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (Penn State) / SDSS işbirliği)
Canavar kara delikleri evrendeki çoğu gökadanın merkezinde saklanıyor ve şimdi, yeni bir teknik, bilim adamlarına çok zayıf, uzak merkezlerde olsalar bile, evrendeki en büyük kara deliklerin bazılarının kütlesini ölçmelerine yardımcı oluyor. galaksiler. Yeni yaklaşım, bilim adamlarının bu devlerin nasıl oluştuğu ve geliştiği ve galaksinin evrimini nasıl etkilediği konusundaki anlayışlarını önemli ölçüde artırabilir.
Penn State'de doktora sonrası araştırmacı Catherine Grier, Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'ndan (SDSS) bir açıklamada, "Bu, şimdiye kadar çok sayıda süper kütleli kara delik için kitleleri doğrudan ölçtük." Dedi. Grier, SDSS verilerini kullanarak süper kütleli kara delik denilen zengin bir kitleyi ölçmek için bir projeye öncülük etti. Sonuçları 9 Ocak Salı günü Maryland Ulusal Limanı'ndaki Amerikan Astronomi Derneği toplantısında bildirdi.
Grier, "Bu yeni ölçümler ve onlar gibi gelecekteki ölçümler, galaksilerin kozmik süre boyunca nasıl büyüdüğünü ve evrimleştiğini inceleyen insanlar için hayati bilgiler sağlayacaktır." Dedi. [Resimler: Evrenin Kara Delikleri]
Kütle ölçen kara delikler
Onlarca yıllık galaktik gözlemlere dayanarak, gökbilimciler şimdi hemen hemen her büyük galaksinin kalbinin süper kütleli bir kara delik (SMBH) içerdiğini teorize ediyorlar. Bu canavar hayvanlar Dünya'nın güneşinden milyonlarca veya milyarlarca kat daha büyük olabilir. Kara delikler ışığı yaymaz veya yansıtmaz, bu nedenle bu SMBH'ler doğrudan görülemez. Ancak bir SMBH'nin yerçekimi çevreleyen galaksiden toz ve gaz çektiğinden, karadeliğe düşen dönen bir malzeme diski oluşturur. Bu içeri akan malzeme ısınır ve ışığı yaymaya başlar ve kara deliği "görünür" yapar (dolaylı da olsa). Bazı durumlarda, bu disklerden gelen ışık galaksideki tüm yıldızlardan daha parlak hale gelir; bu inanılmaz derecede parlak gökadalara daha sonra aktif galaktik çekirdekler (AGN) denir. En parlak AGN'ye, gökbilimcilerin görünür evrende her şeyi görebileceği kuasar denir; ifadeye göre, süper kütleli bir karadeliğin varlığına işaret ediyorlar.
Karadeliklerin sadece üç ölçülebilir özelliği vardır - kütle, sıkma ve şarj - bu nedenle kütle hesaplanması, tek bir kara deliği anlamanın büyük bir parçasıdır. Yakındaki galaksilerde, gökbilimciler yıldız ve gaz gruplarının galaktik merkez etrafında nasıl hareket ettiğini gözlemleyebilir ve bu hareketleri merkezi kara deliğin kütlesini çıkarmak için kullanabilirler. Ancak açıklamaya göre uzak galaksiler o kadar uzakta ki teleskoplar karadelikteki yıldızları ve malzeme bulutlarını çözemiyor.
Yankılanma haritalaması olarak bilinen bir teknik, gökbilimcilerin bu kara kara deliklerin kütlelerini ölçmelerini mümkün kılmıştır. İlk olarak, araştırmacılar galaksinin dış bölgesindeki yayılan gazın parlaklığını galaksinin iç bölgesinde bulunan gazın parlaklığı ile karşılaştırıyorlar. (Kara deliğe çok yakın olan bu iç bölge, süreklilik bölgesi olarak bilinir). Süreklilik bölgesindeki gaz, dışarıya doğru hızlı hareket eden gazı etkiler. Bununla birlikte, ışığın dışa doğru hareket etmesi ya da yankılanması zaman alır ve bu da iç bölgede görülen değişiklikler ile dış bölge üzerindeki etkileri arasında gecikmeye neden olur. Gecikmenin ölçülmesi, gazın dış diskinin kara delikten ne kadar uzakta olduğunu gösterir. Space.com'a e-posta ile galaksideki dönüş hızı ile birleştiğinde, gökbilimcilerin SMBH'nin kütlesini ölçmelerine olanak tanıyor.
Ancak süreç acı verici bir şekilde yavaştır. Araştırmacılar, yankılanma etkisini gözlemlemek için, ayrı bir galaksinin birkaç ay boyunca tekrar tekrar incelenmesi gerekirken, uzak kuasarlar birkaç yıl tekrarlanan gözlemler alabileceğini söyledi. Son 20 yılda, gökbilimciler yankılanma tekniğini yakınlardaki gökadalarda ve bir avuç uzak kuasarda sadece 60 SMBH için kullanmayı başardılar.
SDSS Yankılanma Haritalama Projesi kapsamında Grier ve meslektaşları SMBH'leri daha önce mümkün olandan daha hızlı haritalamaya başladılar. Grier'e göre, bu daha hızlı haritalamanın anahtarı, projenin New Mexico'daki Sunspot'taki Apache Noktası Gözlemevinde bulunan ve aynı anda birden fazla kuasarda veri toplayabilen özel geniş görüşlü teleskopundan geliyor. Şu anda yaklaşık 850 kuasar içeren bir gökyüzü yaması gözlemliyor.
Araştırmacılar, Hawaii'deki Kanada-Fransa-Hawaii-Teleskopu ve Arizona'daki Steward Gözlemevi Bok Teleskobu ile kuasarları inanılmaz derecede zayıf nesnelerin ölçümlerini kalibre etmek için gözlemlediler. Toplamda, araştırmacılar şimdi 44 kuasar için yankılanma süresi gecikmelerini ölçtüler ve açıklamaya göre, bu ölçümleri Dünya güneşinin kütlesinin 5 milyon ila 1.7 milyar katı arasında değişen kara delik kütlelerini hesaplamak için kullandılar.
Açıklamada, ekibin araştırmasına dahil olmayan Kaliforniya Üniversitesi Irvine'de astronomi profesörü olan Aaron Barth, "Bu, quasar bilimi için ileriye doğru büyük bir adım." Dedi. "İlk defa bu zor ölçümlerin seri üretim modunda yapılabileceğini gösterdiler."
Yeni ölçümler toplam galaktik SMBH kütle ölçümü sayısını yaklaşık üçte iki oranında artırmaktadır. Bu galaksilerin birçoğu çok uzakta olduğu için, yeni ölçümler SMBH kütlelerini zaman içinde, evrenin şimdiki yaşının sadece yarısı olduğu zamanlara kadar ortaya koyuyor.
Ekip, SDSS teleskopu ile 850 kuasarı birkaç yıl boyunca gözlemlemeye devam ederek, daha uzun zaman gecikmeleri tek bir yıl veri ile ölçülemeyen daha sönük kuasarların kütlelerini ölçmelerine izin verecek yıllarca veri biriktirecek.
Illinois Üniversitesi'nde yardımcı doçent ve SDSS Yankılanma Haritalama Projesinin baş araştırmacısı olan Yue Shen, "Birkaç yıl boyunca kuasarları gözlemlemek çok önemli." Dedi. Diyerek şöyle devam etti: "Gelecek yıllarda daha fazla kuasar izleme projemize devam ettikçe, süper kütleli kara deliklerin nasıl büyüdüğünü ve evrildiğini daha iyi anlayabileceğiz."
SDSS'nin mevcut dördüncü aşaması 2020'de sona erdikten sonra, beşinci aşama olan SDSS-V başlayacaktır. SDSS-V, araştırmacıların SMBH kitlelerini 1000'den fazla kuasarda ölçmeyi planladıkları, daha önce hiç yankılanma haritalama projesinden daha zayıf ve daha eski kuasarları gözlemledikleri yeni bir program sunuyor.
Penn State'de astronomi ve astrofizik profesörü ve SDSS'nin uzun süredir üyesi olan Niel Brandt, "Kara Delik Haritacısı gerçek bir endüstriyel ölçekte süper kütleli kara delik yankılanması çağına geçmemize izin verecek." Dedi. "Bu gizemli nesneler hakkında her zamankinden daha fazla şey öğreneceğiz."
