Centaurus A'nın jetinin kenarları neden parlak? Würzburg ekibi plazma benzetimiyle yanıtladı

Yaklaşık 12 milyon ışık yılı uzaklıktaki Centaurus A gökadasının merkezindeki süper kütleli kara delik, ışık hızına yakın hızlarla iki dev plazma jeti fırlatıyor. Bu jetlerin bir tuhaflığı yıllardır dikkat çekiyordu: Kenarları, ortasından daha parlak. Würzburg Julius Maximilian Üniversitesi Astronomi Kürsüsü'nden bir ekip, Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanan çalışmada bu desenin olası bir açıklamasını sundu.

Kenarı parlak jet bulmacası

Kara delik jetleri, kara deliğin çevresindeki sıcak gazın manyetik alanlar eşliğinde dışarı fırlatılmasıyla oluşan, iyonlaşmış gazdan, yani plazmadan yapılmış dar ışınlar. Event Horizon Telescope (EHT) ağı, Centaurus A'nın jetini 1,3 milimetre dalga boyunda, kara deliğe çok yakın ölçeklerde görüntüledi. Görüntüde yayılımın ağırlıkla jetin kenarlarında yoğunlaştığı, merkezin ise görece sönük kaldığı görülüyor. Bu "kenar parlaması" (limb brightening) kuramsal jet modelleri için bir zorluktu.

Ekibin ön baskı sürümünde belirttiğine göre benzer kenar parlaması M87 ve 3C 84 jetlerinde de görülüyor. Bu yüzden çalışma, Centaurus A'yı yalnızca tek bir gökada olarak değil, düşük ışınımlı etkin gökada çekirdeklerinin (LLAGN) jetleri için bir pilot çalışma olarak ele alıyor.

Elektronlar manyetik alana göre ışıyor

Würzburg ekibinin açıklamasına göre jetin son derece güçlü manyetik alanlarında hızlı elektronlar alan çizgileri boyunca hareket ediyor. Bu, ışımayı yönden bağımsız olmaktan çıkarıyor: Parlaklık, manyetik alanın yönelimine bağlı hâle geliyor. Jetteki manyetik alan karmaşık bir yapıya sahip olduğu için kenarlar parlak, çekirdek ise görece karanlık görünüyor; tam da EHT'nin gördüğü desen.

Ekip bunu bir benzetimle sınadı. Ön baskıdaki yönteme göre, kara deliğin çevresindeki gazı ve jetin fırlatılmasını üç boyutlu, iki sıcaklıklı genel göreli manyetohidrodinamik (GRMHD) benzetimle modellediler; ardından bu plazmadan çıkacak ışımayı genel göreli ışınım aktarımıyla hesapladılar. Modeli EHT verisine uydurmak için Fourier düzleminde Bayesçi bir uydurma yaptılar.

Ne bulundu?

Ön baskıya göre manyetik olarak tutuklanmış disklerle (MAD) çalışan benzetimler, ışıyan parçacıkların manyetik alan yönünde anizotropik, yani yöne bağlı dağılması varsayımıyla birleştiğinde EHT gözlemlerini taklit edebiliyor. Anizotropi parametresi η = 0,07 olarak alınmış. Uydurmadan çıkan kara delik kütlesi yaklaşık 60 milyon Güneş kütlesi, bakış açısı ise 72 derece. Model, EHT ve ALMA gözlemlerinin toplam ve kutuplanmış ışınımdaki temel özelliklerini yeniden üretebiliyor. Ekip ayrıca Centaurus A'daki kara delik gölgesinin yaklaşık 3 THz frekansında gözlenebileceğini öngörüyor.

Çalışmanın baş yazarı yüksek lisans öğrencisi Felix Glaser, Centaurus A'yı göreli jetlerin fiziğine açılan en yakın pencere olarak tanımlıyor. Glaser'e göre plazma bilgisine dayanan modelin kenar parlamasını yeniden üretmesi, temel fiziğin önemli bir parçasının yakalandığını düşündürüyor ve bu süreçler yalnızca Centaurus A'ya özgü olmayabilir. Hesaplamalı Astrofizik Grubu'nun lideri Christian Fromm ise mikroskobik plazma etkilerinin çok daha büyük ölçekli yapıları şekillendirebilmesini "gerçekten şaşırtıcı" buluyor.

Çalışmanın yazarları arasında Luca Ricci, Yosuke Mizuno, Matthias Kadler, Karl Mannheim ve Michael Janssen de var. Kadler, sonucu DFG'nin "Etkin Gökadalarda Göreli Jetler" araştırma biriminin hedeflerine örnek gösteriyor. Mannheim ise plazma fiziğinin kara delikleri ve füzyon reaktörlerini ortak bir noktada buluşturduğunu, Centaurus A'da Dünya'da yaratılamayacak koşullarda plazma incelenebildiğini söylüyor.

Sınırlar ve sıradaki adım

Bu bir uydurma modeli: Anizotropik elektron dağılımı gözlemle uyuşan bir açıklama sunuyor, ancak tek olası açıklama olduğu kanıtlanmış değil. Sonucun diğer jetlerde de geçerli olup olmadığı açık bir soru; Glaser da bunu yalnızca "olabilir" diye ifade ediyor. Daha yüksek frekanslı ve daha keskin gözlemler, kara delik gölgesinin görünmesi ve jetin plazma izlerinin daha ayrıntılı çıkarılması, modelin sınavı olacak.

Centaurus A'nın tozlu kalbini ise daha önce Webb'in görüntülediği gizemli S biçimi üzerinden ele almıştık.