M87*: fotoğrafı çekilen ilk kara delik

M87*, Başak (Virgo) Kümesi'nin merkezindeki dev eliptik galaksi Messier 87'nin çekirdeğinde bulunan süper kütleli kara deliktir. Kütlesi (6,5 ± 0,2ist ± 0,7sis) × 109 Güneş kütlesidir — yani Samanyolu'nun merkezindeki kara delikten yaklaşık bin beş yüz kat ağır.

10 Nisan 2019'da Event Horizon Telescope işbirliğinin yayımladığı görüntüyle, insanlık tarihinde bir kara deliğin gölgesi ilk kez görüntülenmiş oldu. Bu, kara deliklerin varlığına ilişkin kanıtların dolaylı olmaktan çıktığı andır.

Ev sahibi galaksi: M87

M87, bizden 16,4 ± 0,5 megaparsek (53,5 ± 1,6 milyon ışık yılı) uzaklıkta, E0p sınıflandırmasıyla eliptik, cD türüyle süperdev bir galaksidir. Çapı 40,55 kiloparsek (132.000 ışık yılı), 32 kiloparsek yarıçapı içindeki kütlesi ise (2,4 ± 0,6) × 1012 Güneş kütlesidir; toplam kütlesinin Samanyolu'nun 200 katına kadar çıkabileceği belirtiliyor. İçinde birkaç trilyon yıldız barındırır.

Küresel küme nüfusu da dikkat çekicidir: yaklaşık 12.000 ± 800 küresel küme — Samanyolu'ndaki 150 – 200 kümeyle karşılaştırıldığında muazzam bir sayı. M87, Başak Kümesi'nin merkezinde, yaklaşık 2.000 galaksiden oluşan bir topluluğun ortasında yer alır ve bu kalabalıkta komşularını yutarak büyüdüğü düşünülür.

Jet: yüzyıl önce fark edilen ipucu

M87'nin çekirdeğinden dışarı doğru uzanan bir madde demeti — jet — vardır. Bu yapıyı Heber Curtis 1918'de fark etti; yani kara delik kavramı ortaya çıkmadan çok önce, galaksinin merkezinde olağandışı bir şey olduğunun ilk işareti alınmıştı.

Jet en az 1,5 kiloparsek (5.000 ışık yılı) boyunca uzanır. Gökyüzünde ölçülen görünür hareketi şaşırtıcıdır: ışık hızının dört ile altı katı gibi görünür. Bu bir fizik ihlali değil, bir perspektif yanılsamasıdır — görünür ışıktan hızlı hareket (superluminal motion) denen bu etki, bize doğru küçük bir açıyla yaklaşan ve gerçekten de ışık hızının %80–85'i kadar hızla ilerleyen maddenin geometrik sonucudur.

Görüntü nasıl elde edildi?

Event Horizon Telescope, tek bir teleskop değil, dünyanın farklı noktalarındaki radyo gözlemevlerini birbirine bağlayan bir dizidir. Gözlem 1,3 milimetre dalga boyunda yapıldı; bu dalga boyunda yeryüzü ölçeğinde bir dizi, Dünya büyüklüğünde tek bir teleskopun çözünürlüğüne yaklaşır.

Elde edilen görüntüdeki karanlık bölge kara deliğin kendisi değil, ışığın kaçamadığı bölgenin silüetidir. Ölçekler şöyle: M87*'ın Schwarzschild yarıçapı 120 astronomi birimi, görüntüdeki gölgenin çapı ise 690 astronomi birimi (Schwarzschild yarıçapının yaklaşık 2,6 katı). Yani gölge, olay ufkundan belirgin biçimde büyüktür; çünkü kara deliğin kütleçekimi, arkasından geçen ışığı bize doğru bükerek ufku olduğundan geniş gösterir.

Sonraki adımlar: kutuplanma ve değişim

24 Mart 2021'de EHT işbirliği, aynı verilerin kutuplanma çözümlemesini yayımladı. Kutuplanmış ışık, manyetik alanların yönelimini okumayı sağlar; sonuç, kara delik gölgesinin çevresindeki manyetik alanın yapısına ilişkin daha önce ulaşılamamış bir görünüm sundu. Bu önemliydi, çünkü jetlerin nasıl fırlatıldığını açıklamak için manyetik alanların geometrisini bilmek gerekir.

Sonraki yıllarda yapılan yinelenen gözlemler, halkanın yapısında değişimler saptadı ve Einstein'ın öngörüleriyle uyumu daha da sınadı. Kara delik gölgesinin boyutu ve biçimi, genel göreliliğin güçlü alan rejimindeki en doğrudan sınavlarından biridir.

Keşif ve ad

Galaksinin kendisi Charles Messier tarafından 1781'de kataloglandı. Kara deliğin adındaki yıldız işareti, Sagittarius A* örneğinde yerleşen geleneği izler: galaksi merkezindeki kompakt kaynağı belirtir.

Niçin bu kadar önemli

M87* iki nedenle gökbilimin kilit cismidir. Birincisi, bir kara deliğin gölgesinin görülebileceğini kanıtladı — ve bunu genel göreliliğin öngördüğü boyutta ve biçimde göstererek kuramın en zor sınavlarından birini geçirdi. İkincisi, jetiyle birlikte ele alındığında, süper kütleli kara deliklerin galaksilerinin enerji dengesini nasıl etkilediğini çalışmak için en iyi örneklerden birini sunuyor: kara deliğe düşen madde, galaksi ölçeğinde dışarı atılan enerjiye dönüşüyor.

Kısaca

• M87*, M87 galaksisinin merkezindeki 6,5 milyar Güneş kütlesinde süper kütleli kara deliktir.
• Görüntüsü 10 Nisan 2019'da Event Horizon Telescope tarafından yayımlandı — ilk kara delik görüntüsü.
• Gözlem 1,3 milimetre dalga boyunda, dünya çapına yayılmış radyo teleskopları birleştirilerek yapıldı.
• Schwarzschild yarıçapı 120 astronomi birimi, görüntüdeki gölgenin çapı 690 astronomi birimidir.
• M87 bizden 53,5 milyon ışık yılı uzakta, 132.000 ışık yılı çapında bir süperdev eliptik galaksidir ve yaklaşık 12.000 küresel küme barındırır.
• Merkezden çıkan jeti 1918'de Heber Curtis fark etti; jetin görünür hızı ışık hızının 4–6 katı gibi görünür ama gerçek hızı %80–85'idir.
• 24 Mart 2021'de yayımlanan kutuplanma çözümlemesi, kara delik çevresindeki manyetik alanın yapısını gösterdi.

Kaynaklar: Wikipedia — Messier 87, ESO — First Image of a Black Hole, Wikipedia — Black hole, Wikipedia — Sagittarius A*