Süper kütleli kara delik

Süper kütleli kara delik, kütlesi Güneş'in bir milyon katından birkaç on milyar katına kadar uzanan, büyük galaksilerin merkezinde yer alan kara delik türüdür. Yıldız kütleli kara deliklerden çok daha ağırdır ve çevresindeki galaksinin evrimini doğrudan etkiler.

Nasıl oluşur?

Bu devasa nesnelerin nasıl bu kadar büyüdüğü hâlâ tam çözülmüş bir soru değildir. Önde gelen senaryolara göre, evrenin ilk yıldızlarından doğan görece küçük "tohum" kara delikler çevrelerindeki gazı yutarak ve birbirleriyle birleşerek büyür. Bir başka olasılıkta ise erken evrendeki devasa bir gaz bulutu yıldız oluşturmadan doğrudan çökerek on binlerce Güneş kütlesinde bir tohum verir. James Webb Uzay Teleskobu'nun erken evrende şaşırtıcı derecede kütleli kara delikler bulması, tohumların beklenenden hızlı büyüdüğünü ya da daha ağır doğduğunu düşündürüyor.

Kara deliğin boyutunu olay ufku belirler. Dönmeyen bir kara delik için bu yarıçap, kütle ile orantılı olarak büyür: yaklaşık 2GM/c² formülüyle hesaplanır ve Güneş kütlesi başına kabaca üç kilometreye karşılık gelir. Dolayısıyla Güneş'in yaklaşık dört milyon katı kütleli bir kara deliğin ufkunun çapı kabaca 25 milyon kilometredir; bu, Güneş ile Merkür arasındaki ortalama uzaklığın (yaklaşık 58 milyon kilometre) yarısından azdır. Yoğunluk ise ufkun içinde ortalama olarak şaşırtıcı biçimde düşüktür; en kütleli olanlar için bu değer suyunkinden bile az olabilir.

Kara delik ışık yaymaz, ama çevresindeki madde yayar. Delik etrafında dönen gaz, bir toplanma diski oluşturur; sürtünmeyle çok yüksek sıcaklıklara ısınan bu disk, tüm galaksiden daha parlak ışıldayabilir. Böyle parlayan merkezlere kuasar ya da aktif galaksi çekirdeği denir.

Örnekler

Samanyolu'nun merkezindeki Yay A* (Sagittarius A*), yaklaşık 26 bin ışık yılı uzaktadır ve kütlesi Güneş'in yaklaşık 4,3 milyon katıdır. Bu kütle, merkeze çok yakın dolanan S2 gibi yıldızların onlarca yıl boyunca izlenen yörüngelerinden hesaplandı. M87 galaksisinin merkezindeki kara delik ise yaklaşık 6,5 milyar Güneş kütlesindedir ve Dünya'ya yaklaşık 53 milyon ışık yılı uzaktadır. Olay Ufku Teleskobu işbirliği, M87'nin kara deliğinin gölgesini 2019'da, Yay A*'ınkini ise 2022'de görüntüledi. Bunlar, bir kara deliğe ait doğrudan elde edilen ilk görüntülerdi. Daha uç örneklerde, kütlesi onlarca milyar Güneş kütlesini bulan kara deliklerin var olduğu tahmin edilir.

Neden önemli?

Gökbilimciler 1960'larda kuasarları keşfettiğinde bu uzak, aşırı parlak nesnelerin enerjisini açıklamak zordu. Çözüm, galaksi merkezlerindeki kütleli kara deliklere madde akışıydı. Sonraki on yıllarda hemen her büyük galaksinin merkezinde böyle bir nesnenin bulunduğu anlaşıldı. Kara deliğin kütlesi ile galaksinin çıkıntı kısmındaki yıldızların hızı arasında dikkat çekici bir ilişki vardır; bu, iki yapının birlikte büyüdüğünü gösterir. Kara deliğin püskürttüğü jetler ve rüzgârlar galaksideki gazı ısıtarak yeni yıldız oluşumunu bastırabilir.

Reinhard Genzel ve Andrea Ghez, Samanyolu'nun merkezindeki bu görünmez kütleyi yıldız hareketlerinden kanıtladıkları için 2020 Nobel Fizik Ödülü'nü Roger Penrose ile paylaştı.

Günümüzde süper kütleli kara delikler, gözlemevlerinin birleşik çabasıyla izleniyor. Olay Ufku Teleskobu, yer yüzüne dağılmış radyo teleskopları tek bir dev alete dönüştürerek kara deliğin gölgesini ayırt edecek çözünürlüğe ulaşır. GRAVITY gibi kızılötesi araçlar ise merkeze yakın yıldızların hareketini ölçer. Gelecekte uzaydaki LISA gözlemevi, iki süper kütleli kara deliğin birleşmesinden doğan düşük frekanslı kütle çekimi dalgalarını doğrudan yakalamayı hedefliyor. Böyle bir olay, galaksilerin ve kara deliklerin birlikte nasıl büyüdüğünü, tohum kara deliklerin hangi yolla oluştuğunu ve Einstein'ın kuramının en uç koşullarda geçerli olup olmadığını sınamamızı sağlayacak.

İlgili terimler

• Kara delik
• Olay ufku
• Aktif galaksi çekirdeği
• Kuasar
• Toplanma diski
• Galaksi