Kara delikler Evreni ve fizik yasalarını anlamamızı sağlar. Kara delik dönerken etrafındaki alanı onunla sürükler ve gökbilimcilere Einstein'ın görelilik hakkındaki bazı tahminlerini inceleme fırsatı verir.
Karadeliklerin varlığı belki de Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'nin en büyüleyici tahminidir. Bir yıldız gibi herhangi bir kütle belirli bir sınırdan daha kompakt hale geldiğinde, kendi yerçekimi o kadar güçlü hale gelir ki, nesne tek bir noktaya, bir kara deliğe çöker. Popüler zihinde, bu muazzam yerçekimi kuyusu, garip şeylerin gerçekleştiği bir yerdir. Ve şimdi, Astrofizik önderliğindeki bir ekip, yıldız kütleli bir kara delik eğimini o kadar hızlı ölçtü - saniyede 950 kereden fazla dönerek - dönme için öngörülen hız sınırını zorluyor.
CfA gökbilimcisi Jeffrey McClintock, “Bu yerçekimi rejiminin doğrudan deneyim ve atomaltı dünyanın kendisi kadar iyi bildiği kadar uzak olduğunu söyleyebilirim” diyor.
McClintock ve CfA astrofizikçi Ramesh Narayan tarafından ortaklaşa geliştirilen dönüşü ölçmek için bir teknik uygulayan ekip, kara delik dönüşünün en doğrudan tespitini sağlamak için NASA'nın Rossi X-ray Zamanlama Explorer uydu verilerini kullandı.
McClintock ve Narayan, Harvard Üniversitesi Fizik Bölümü Rebecca Shafee; Ronald Remillard, Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Merkezi, MIT; California Davis Üniversitesi, Santa Barbara ve Max-Planck Astrofizik Enstitüsü, Li-Xin Li, bu araştırmada Almanya. Sonuçlar Astrophysical Journal'ın bugünkü sayısında yayınlandı.
“Artık üç kara deliğin sıkma oranları için doğru değerlerimiz var” diyor McClintock. “En heyecan verici olanı, teorik maksimum değerin% 82 ila% 100'ü arasında bir dönüşe sahip olan mikro quasar GRS1915 + 105 için sonucumuz.”
Kuramcı Narayan, “Bu sonucun karadeliklerin jetleri nasıl yaydığını açıklamak, olası gama ışını patlama kaynaklarını modellemek ve yerçekimi dalgalarının tespiti için önemli etkileri vardır” diyor.
Gökbilimciler neden döndürmeyi önemsiyorlar?
McCrontock, “Astronomide, bir kara delik, kütlesini ve ne kadar hızlı döndüğünü belirten sadece iki sayı ile tanımlanıyor” diyor. “Elektron ya da kuark gibi temel bir parçacık dışında bu kadar basit bir şey bilmiyoruz.”
Gökbilimciler karadelik kütlesini ölçmede başarılı olmalarına rağmen, karadeliğin ikinci temel parametresini, dönüşünü ölçmeyi çok daha zor bulmuşlardır.
“Gerçekten, bu yıla kadar herhangi bir kara delik için güvenilir bir spin tahmini yoktu” diyor Narayan.
Bir karadeliğin yerçekimi o kadar güçlü ki kara delik döndükçe etrafındaki alanı sürükler. Bu eğirme deliğinin kenarına olay ufku denir. Olay ufkunu geçen herhangi bir malzeme kara deliğe çekilir.
Narayan, “Ölçtüğümüz kara delik sıklığı, uzay-zamanın dönme hızı ya da sürükleniyor, doğrudan kara deliğin olay ufkunda,” diyor Narayan.
Yüksek hızlı kara delik, GRS 1915, kütlelerin halihazırda bilindiği ve Güneş'in yaklaşık 14 katı ağırlığında olan 20 X-ışını ikili kara deliklerinin en büyüğüdür. Maddenin jetlerini neredeyse ışık hızında fırlatmak ve X-ışını emisyonundaki hızlı varyasyonlar gibi benzersiz özellikleri ile bilinir.
Son birkaç on yıl içinde, X-ışını ikili sistemlerinde düzinelerce kara delik keşfedildi. Bir X-ışını ikili, iki nesnenin birbirinin etrafında yörüngede, birinden gaz - Güneş gibi normal bir yıldız - diğerine sabit olarak aktarıldığı - bu durumda bir kara delik olan bir sistemdir. Gaz, toplanma adı verilen bir işlemle karadelik üzerine sarılır. İçeri girerken, milyonlarca dereceye kadar ısınır ve X-ışınları yayar. Ekip, dönüşünü belirlemek için karadeliğin toplanma diskinin X-ışını spektrumunu kullandı.
Teknik, görelilik teorisinin önemli bir öngörüsüne dayanmaktadır: bir karadeliğe biriken gaz, yalnızca kara deliğin dışında - olay ufkunun dışında kalan belirli bir yarıçapa doğru yayılır. Bu yarıçap içinde, gaz çok fazla radyasyon üretmek için deliğe çok hızlı düşer. Kritik yarıçap kara delik dönüşüne bağlıdır, bu nedenle bu yarıçapın ölçülmesi dönüşün doğrudan bir tahminini sağlar. Yarıçap ne kadar küçükse, diskten yayılan X-ışınları o kadar sıcak olur. X-ışınlarının sıcaklığı, X-ışını parlaklığı ile birleştiğinde, kara deliğin dönüş hızını veren yarıçapı verir.
Harvard Üniversitesi Fizik Bölümü'nde lisansüstü öğrencisi olan Rebecca Shafee “Bu temel şeyi ölçmek gerçekten harika” diyor. “Metodumuz kavram olarak çok basit ve anlaşılması kolay. İhtiyacımız olan ölçümleri gerçekleştirmek için uzaydaki Rossi X-ray Zamanlama Gezgini ve Dünya'daki teleskoplar gibi güçlü X-ışını gözlemevlerine sahip olduğumuz için gerçekten şanslıyız. ”
Bir an için evrendeki en parlak flaş olan gama ışını patlamalarının nedenini araştırmak, ekibin sonuçları tarafından yardımcı olabilir. Santa Cruz, Kaliforniya Üniversitesi'nden teorik astrofizikçi Stan Woosley, büyük bir yıldızın çöküşüne dayanan gama ışını patlamaları modelledi. Bununla birlikte, bu modeller, şimdiye kadar hiç doğrulanmayan çok yüksek spinli kara deliklerin varlığına bağlıdır.
“Bu son derece önemli,” diyor Woosley. “Bu tür ölçümlerin yapılabileceğine dair hiçbir fikrim yoktu.”
Çalışma GRS 1915 ve ekip tarafından incelenen diğer iki kara deliğin yüksek spinleri ile doğduğu sonucuna varıyor. Yani, orijinal büyük yıldızın çökmekte olan çekirdeği açısal momentumunu kara deliğe döktü.
McClintock, “Topluluk yıllar önce kara delik kütlesinin nasıl ölçüleceğini anladığından beri, spin ölçümü bu alandaki kutsal kâse oldu” diyor. “GRS 1915'te kullandığımız teknik, bir dizi diğer kara delikli X-ray ikili dosyalarına uygulanabilir. Ne bulduğumuzu görmek için sabırsızlanıyoruz! ''
Narayan, “Sevdiğimiz umutlardan biri, üzerinde çalıştığımız kara delik sistemlerinin diğer grupların da en sevdikleri spin ölçüm yöntemlerini kullanarak çalışacakları” diyor. “Bu diğer yöntemler daha da geliştirilip daha güvenilir hale geldikten sonra, farklı yöntemlerden elde edilen sonuçların çapraz karşılaştırılması çok ilginç olacaktır.”
Orijinal Kaynak: CfA Haber Bülteni
