Kara deliğin koronasında güneş fırtınası izi: XRISM, Neupert etkisini ilk kez yakaladı

Güneş'te bir patlama olduğunda X-ışınları belirli bir sırayla parlar: önce yüksek enerjili "sert" X-ışınları fışkırır, ardından düşük enerjili "yumuşak" X-ışınları daha yavaş yükselip söner. Fizikçilerin 1968'den beri bildiği bu zaman imzası şimdi Güneş'ten çok farklı bir ortamda, yaklaşık 130 milyon ışık yılı uzaklıktaki NGC 3783 galaksisinin merkezindeki dev kara deliğin çevresinde görüldü.

The Astrophysical Journal Letters'ta yayımlanan çalışmayı İsrail'deki Technion'dan doktora öğrencisi Gal Vardi, Prof. Ehud Behar'ın danışmanlığında yürüttü. Japonya, Avrupa ve ABD'den araştırmacıların da yer aldığı ekip, JAXA öncülüğünde NASA ortaklığıyla işletilen X-ışını gözlemevi XRISM'in ve ESA'nın XMM-Newton teleskobunun verilerinde, bir kara delik koronasında manyetik yeniden bağlanma olayının ilk doğrudan gözlemsel kanıtını bulduklarını bildiriyor.

Kara deliğin "koronası" nedir?

Merkezindeki kara deliğe hızla madde düşen aktif galaksilerde X-ışınlarının çıktığı bölgeye, yıldızlarınkine benzetilerek "korona" deniyor. Benzerlik yalnız adda değil. Makalede aktarıldığına göre Güneş benzeri soğuk yıldızların koronası yaklaşık 1 milyon kelvine ulaşırken altındaki yüzey birkaç bin kelvindir; kara deliklerin koronası ise 1 milyar kelvine çıkabilirken çevrelerindeki madde diski 10 bin ile 100 bin kelvin arasında kalır. İki tür korona da çok kısa sürelerde büyük değişimler gösterir.

Güneş'te koronayı ve patlamaları besleyen mekanizma manyetik yeniden bağlanmadır: zıt yönlü manyetik alan çizgileri birbirine itildiğinde alan yok olur ve enerjisi yüklü parçacıklara aktarılır. Bu parçacıkların bir kısmı koronal kütle atımı (CME) denen dev plazma bulutlarıyla dışarı fırlar, bir kısmı da manyetik halkanın tabanına inerek oradaki gazı ısıtır. Kara deliklerin koronasında da aynı sürecin işlediği uzun süredir düşünülüyordu; ancak yazarlara göre şimdiye kadar elde yalnız dolaylı ipuçları vardı.

Neupert etkisi: önce sert ışık, sonra yumuşak ışık

Adını 1968'de tanımlayan W. M. Neupert'ten alan etkide sert X-ışını parlaklığı, yumuşak X-ışını parlaklığının değişim hızını izler. Açıklaması şöyle: sert X-ışınları aşağı doğru akan hızlı parçacıkların o anki ışımasını, yumuşak X-ışınları ise halkanın tabanında biriken toplam enerjiyi yansıtır. Etki Güneş patlamalarının yaklaşık yarısında görülüyor; AD Leonis ve UV Ceti gibi kırmızı cüce yıldızların patlamalarında da saptanmıştı.

Ekip, NGC 3783'ü Temmuz 2024'te on gün boyunca izleyen geniş bir gözlem kampanyasının verilerini kullandı. XRISM'in önderlik ettiği kampanyaya XMM-Newton, Chandra, NuSTAR, Swift ve NICER da katıldı. Bu sürede kaydedilen ve her biri bir-iki gün süren patlamalardan biri ötekilerden ayrılıyordu: bu patlamada sert X-ışınları bir bütün olarak yumuşak X-ışınlarından yaklaşık 30 bin saniye önce geldi. Doruktan sonra sert ışıma birden düşerken yumuşak ışıma daha yavaş söndü.

Sert X-ışını eğrisi ile yumuşak X-ışını eğrisinin değişim hızı arasındaki bağıntı 0,84 gücünde çıktı ve istatistiksel olarak anlamlı bulundu (p değeri 0,002). XMM-Newton'un aynı patlamaya ait verileri de bağımsız olarak benzer bir bağıntı verdi. Araştırmacılar yansıma ya da geçici soğurma gibi başka açıklamaları da sınadı; patlama boyunca tayfta soğurmanın değişmediğini gördüler. Kampanyadaki diğer patlamaların hiçbirinde böyle bir bağıntı çıkmadı.

Bu patlama sırasında, kampanyanın 2025'te yayımlanan önceki bir makalesinde ışık hızının yaklaşık beşte biriyle ilerleyen "aşırı hızlı bir rüzgârın" (UFO) doğduğu bildirilmişti. Yeni yoruma göre bu rüzgâr, Güneş'teki koronal kütle atımlarının kara delik ölçeğindeki karşılığı.

Manyetik halka ve alan gücü

Sert X-ışınları ile yumuşak ışımanın değişim hızı arasındaki gecikme, ölçümün zaman çözünürlüğü olan 4 bin saniyeden kısa çıktı. Ekip, bu gecikmenin ışık hızına yakın hareket eden parçacıkların halka boyunca yolculuk süresi olduğunu varsayarak, yaklaşık 28 milyon Güneş kütlesindeki kara delik için patlamanın çıktığı manyetik halkanın yüksekliğine bir üst sınır koydu: kütleçekim yarıçapının 30 katı. Kütleçekim yarıçapı, kara deliğin kütlesinden hesaplanan doğal bir uzunluk ölçüsü.

Rüzgârın ölçülen özelliklerinden yola çıkan ekip, patlamada yok olan manyetik alanın en az 13 bin gauss olması gerektiğini hesapladı; enerjinin Güneş'teki gibi yaklaşık yüzde 10'unun rüzgâra aktarıldığı varsayılırsa bu değer 40 bin gauss'a çıkıyor. Rüzgârın ivmesinden yapılan ikinci bir hesap ise yeniden bağlanma anındaki alan için yaklaşık 500 gauss veriyor. Yazarlar aradaki farkı alanın olay boyunca değişmesine bağlıyor ve tek bir değer vermenin yanıltıcı olabileceğini vurguluyor.

XMM-Newton'un optik izleme aleti, morötesi ışıkta da sert X-ışını patlamasından yaklaşık 60 bin saniye sonra zayıf bir parlama kaydetti. Ekip bunu, sert X-ışınlarının kara deliği çevreleyen diskin daha uzaktaki bölgesini aydınlatmasıyla açıklıyor; ancak sinyal zayıf olduğu için bu bağlantıyı yalnız olası bir eşleşme olarak sunuyor.

Ne anlama geliyor, ne bilinmiyor?

Yazarlara göre bulgu, kara delik koronalarının ısınmasını ve bazı kara deliklerden fırlayan aşırı hızlı rüzgârları tek bir süreçle, Güneş'tekine benzer manyetik patlamalarla açıklama yolunu açıyor. XRISM son aylarda kara delik rüzgârları üzerine başka önemli gözlemler de yaptı; NGC 4151'deki rüzgârların zamanlamasını ortaya koyan çalışma bunlardan biriydi.

Ancak sonuç tek bir patlamaya dayanıyor. Yazarlar, ölçülen manyetik alan, halka boyu ve enerji değerlerinin bu olaya mı özgü olduğunu, yoksa kara deliklerdeki yeniden bağlanmanın genel özelliği mi olduğunu henüz bilmediklerini belirtiyor. Güneş'te Neupert etkisi patlamaların yalnız yarısında görülüyor; kara deliklerde bu oran bilinmiyor. Makaleye göre küçük halkalarda oluşan kısa patlamalar ya da aletlerin duyarlılık aralığı dışında kalan enerjiler, etkinin pek çok olayda gözden kaçmasına yol açabilir.

Ekibin önündeki adım, benzer patlamaları bulup ne sıklıkla oluştuklarını ölçmek. Doğrudan görüntülenemeyen bir kara delik koronasının boyutlarına ve manyetik alanına ulaşmanın yolu da bu tür patlamalardan geçiyor olabilir.