Gezgin kara delikler evrenin evrimine ışık tutabilir

Evrende süper kütleli olmayan, hiçbir galaksiye bağlı bulunmayan ve milyarlarca yıl boyunca uzayda dolaşan bir kara delik sınıfı var. Yale ve Kuzey Teksas Üniversitesi araştırmacıları yeni çalışmalarında, bu "gezginlerin" galaksi birleşmeleriyle yerinden edilmiş, galaksi merkezlerindeki süper kütleli kara deliklerden (SMBH) türemiş olabileceğini araştırıyor. Bulgular, kara deliklerin kökenini çözmeye çalışan bilim insanlarına yardımcı olabilir.

Çalışmayı Yale Üniversitesi'nde astronomi doktora adayı Emma Jane Weller yürüttü. Ona, Yale'de fizik profesörü ve astronomi bölümü başkanı olan, aynı zamanda Harvard'ın Kara Delik Girişimi'nde baş araştırmacı bulunan Prof. Priyamvada Natarajan ile Yale ve Kuzey Teksas Üniversitesi'nde doktora sonrası araştırmacı Colin J. Burke eşlik etti. Sonuçlar The Astrophysical Journal Letters'ta yayımlandı.

Araştırmacılar, evreni en erken dönemlerden bugüne yıldızlar, karanlık madde, gaz ve kara deliklerle birlikte modelleyen yüksek çözünürlüklü bir kozmolojik simülasyon paketi olan ASTRID'i kullandı. Yıldız kütleleri 10 milyon ile 1 trilyon Güneş kütlesi arasında değişen galaksileri inceleyen ekip, bunların evrimini yaklaşık 12,6 milyar yıl boyunca izledi.

ASTRID'in önemli bir özelliği, kara delikleri kendiliğinden galaksilerin merkezine yerleştirmemesi. Bunun yerine kara delikleri çevrelerinde hareket ettiren ve merkeze taşıyan kütleçekimi kuvvetlerini modelliyor. Bu da ekibin, kararlı biçimde galaksi çekirdeğinde duran kara deliklerle gezginleri ayırt etmesini sağladı. Gezgin kara deliklere yol açan sürecin, kütleçekimi daha zayıf olan düşük kütleli galaksilerde daha belirgin olduğu da görüldü.

Weller'a göre sonuçlar, merkezdeki kara deliklerin yanında gezgin kara delikleri de hesaba katmanın, büyük kütleli kara deliklerin kökenini ve dinamiklerini ve ev sahibi galaksilerinin tarihini anlamak için şart olduğunu gösteriyor.

Yaygın kuramlara göre en eski kara delikler genç evrende "tohum" olarak doğdu. Bilim insanları bunların bugün gördüğümüz süper kütleli kara deliklere nasıl büyüdüğü konusunda rakip kuramlara sahip. Bazıları ilk yıldızların (Pop III) küçük tohumlar bıraktığını ve bunların birleşerek büyüdüğünü savunuyor. Diğerleri ise ağır tohumların daha erken, doğrudan çökmeyle, yani ilkel gazın büyük kara delikler oluşturacak kadar kütle biriktirmesiyle oluştuğunu düşünüyor. Natarajan, Weller'ın tez danışmanı ve "ağır tohum" kuramının önde gelen savunucularından biri.

Natarajan, kara deliklerin yalnızca doğum koşullarını değil daha fazlasını hatırlıyor gibi göründüğünü söylüyor. Bugünkü konumları, ev sahibi galaksilerinin başından geçen her şeyin izini taşıyor. Galaksi merkezindeki kara delikleri gezginlerden ayırarak bu iki tarihi çözmeye başlayabiliriz; evrenin en açıklayıcı kara deliklerinden bazıları, belki de uzaklara savrulmuş olanlar.

ASTRID simülasyonu başka ilginç bulgular da verdi. Düşük kütleli galaksiler, birleşmeler yoluyla milyarlarca yıl büyümelerine rağmen başlangıçtaki "tohum" kara delikleri hakkında bilgi saklıyor gibi görünüyor. Yeni yıldız oluşturmayı bırakmış düşük kütleli galaksilerin merkezinde kara delik bulunma ihtimali daha yüksek; hâlâ yıldız oluşturanlarda ise gezgin kara delik görülme ihtimali daha yüksek.

Sonuçta bu bulgular, kara deliklerin kökenini daha kapsamlı inceleyecek bir çerçeve sunuyor. Böyle bir yaklaşım derin X-ışını gözlemlerini, optik ve kızılötesi tayf çalışmalarını, radyo astronomisini ve kara deliklerin yıldızları yuttuğu sırada ortaya çıkan geçici "parlamaları" içerebilir. Weller'a göre bu yöntemlerin her biri kara delik nüfusunun farklı bir bölümünü inceleyebiliyor; gözlemleri simülasyon sonuçlarıyla birleştirerek kara deliklerin oluşumunun ve galaksi evriminin izlerini ayırt etmek mümkün olabilir.

Kaynak: Universe Today