Samanyolu Galaksisi'nin merkezindeki olağanüstü ve karmaşık ortamda, olaylar bazen inanılmaz derecede şaşırtıcı hale gelebiliyor.
Burada, Güneş'in yaklaşık 4.3 milyon katı kütleye sahip, Yay A* (Sagittarius A*) adında devasa bir kara delik bulunuyor.
Bu kara delik, süper kütleli kara delikler arasında nispeten mütevazı bir büyüklüğe sahip olsa da, çevresindeki kütleçekimsel alan, burada yaşayan yıldızlarda oldukça sıra dışı davranışlara yol açıyor.
Ve şimdi gökbilimciler, bu ortamdaki diğer tüm yıldızları geride bırakan bir nesne keşfettiler.
Yeni bir bilimsel yayında tanıtılan S301 yıldızı, Yay A*'nın etrafındaki 8.7 yıllık yörüngesinde, kara deliğe en yakın olduğu noktada saniyede 25.000 kilometreyi (saatte yaklaşık 90 milyon kilometre) aşan bir hıza ulaşıyor. Bu hız, Güneş ile Satürn arasındaki mesafeye denk bir uzaklıkta gerçekleşiyor.
Bu hız, ışık hızının yaklaşık %8.5'ine denk geliyor. Bu yaklaşma, Yay A*'nın daha önce bilinmeyen bazı özelliklerini ortaya çıkarabilecek ölçümler yapılmasına imkan tanıyor; öncelikle dönüşünü ve sonunda kara deliklerin 'saçsızlık' teoremini (kara deliklerin kütle ve dönüş dışında başka özelliklere sahip olmadığını öne süren teori) doğrulayıp doğrulamayacağını anlamamızı sağlayacak.
Max Planck Enstitüsü'nden astrofizikçi Felix Mang, konuya ilişkin olarak yaptığı açıklamada, "Galaksi merkezi adeta uzak bir laboratuvar gibi ve yıldızlar da bu laboratuvardaki ölçüm problarıdır. Elde ettiğimiz ölçümler, Yay A*'ya en çok yaklaşan yıldızın kalitesine göre belirleniyor. Şimdi elimizde bu devasa kara deliğin etrafındaki uzay-zamanın bükülmesini ölçebileceğimiz bir probla olmak harika bir gelişme." ifadelerini kullandı.
Samanyolu'nun merkezindeki kara delik, incelemekte zorlandığımız bir nesne. Kara delikler ışık yaymadığı için, onları incelemenin en iyi yolu etraflarındaki maddelerin davranışını gözlemlemek.
Yay A*'nın çevresindeki maddeler oldukça ilginç. Bu kara delik, karmaşık, eliptik yörüngelerde dönen bir yıldız sürüsüyle çevrili. Bilim insanları geçmişte bu yıldızları kullanarak kara deliğin özelliklerini ölçmüş ve genel görelilik teorisini en uç koşullarda test etmişlerdir.
Özellikle S2 adlı bir yıldız, bu çalışmalar için son derece faydalı olmuştur. 16 yıllık yörüngesi boyunca, galaksi merkezine 17 ışık saati kadar yaklaştığı 2018 yılındaki geçişi, gökbilimcilerin kütleçekimsel kırmızıya kayma ve Schwarzschild presesyonu gibi Yay A*'nın muazzam kütlesinin neden olduğu etkileri ölçmesini sağlamıştır.
Ancak S301 yıldızı, kara delik gözlemlerini bambaşka bir seviyeye taşıyor. Oldukça uzun ve eliptik yörüngesi, S2 yıldızının yaklaştığından yaklaşık 10 kat daha fazla Yay A*'ya yaklaşıyor. Bu da, kara deliğin çekim alanına daha derinlemesine dalması ve bir hız treninin aşağıya doğru süzülüşü gibi, doruk noktasına ulaştığında muazzam bir hıza ulaşması anlamına geliyor.
Ve tıpkı bir hız treni gibi, bu yolculuğu ilginç kılan sadece en yüksek hız değil. Yol boyunca yaşananlar da büyük önem taşıyor.
En yakın yaklaşım sırasında, yani pericenter'da, S301 yıldızı Yay A*'ya o kadar yakınlaşıyor ki, kara deliğin kendi dönüşüyle birlikte sürüklediği uzay-zamanın dokusundan geçiyor; bu durum adeta bir çorba kasesindeki spagettiyi çatalıyla karıştırmaya benzetilebilir.
Bu olaya 'çerçeve sürüklenmesi' veya Lense-Thirring etkisi deniyor.
Bu sürüklenme hareketi, S301'in yörüngesini çok hafifçe değiştirmeli. Bilim insanları, Lense-Thirring etkisinin olmadığı varsayılan bir senaryoda S301'in yörüngesinin nasıl olacağını hassas bir şekilde hesaplayabilirler. Gerçek ve değişmiş yörüngeyi karşılaştırarak, Yay A*'nın dönüşünü hesaplamak için geriye doğru gidilebilir.
Bu, 'saçsızlık' teoremini test etme olanağını da beraberinde getirebilir. Bu teorem, etkili bir şekilde yüksüz bir kara delik için, kütlesi ve dönüşü bilindiğinde, kütleçekimsel alanının diğer tüm özelliklerinin yalnızca bu özelliklerden tahmin edilebileceğini öne sürer.
Mang, "Grubumuz Yay A*'nın kütlesini zaten %1'in altında bir hassasiyetle ölçtü. Dönüş, saçsızlık teoremini kanıtlamada bir sonraki adım olacaktır ve özellikle devasa bir kara deliğin dönüşü, daha önce hiç başarılmamış bir ölçümdür." diye belirtti.
Sadece dönüşü ölçmek konuyu kesin olarak sonlandırmayacak. Ancak yeterli gözlemle, S301'in yörüngesi nihayetinde Yay A*'nın kütleçekimsel alanının başka bir özelliğini, yani 'kuadrupol momentini' ortaya çıkarabilir.
Genel görelilik teorisi, bu ölçümün kara deliğin kütlesi ve dönüşüne dayalı olarak tam olarak ne olması gerektiğini tahmin ediyor. Eğer gözlemler tahminle eşleşirse, Yay A* 'saçsızlık' teoremi için güçlü bir testten geçmiş olacaktır.
S301'in daha da ilginç bir hikayesi olabilir.
Son derece uzun yörüngesi, yıldızın bir zamanlar Yay A*'ya çok yaklaşan ikili bir yıldız sisteminin parçası olabileceğini gösteriyor. Hills mekanizması olarak bilinen bir süreçte, kara delik bu çifti ayırabilir, bir yıldızı sıkı bir yörüngeye hapsetken diğerini muazzam bir hızla fırlatabilir.
Bu durum, S301'in mevcut olağanüstü yörüngesine nasıl ulaştığını açıklayabilir, ancak sadece yörüngesi bu senaryoyu doğrulamak için yeterli değil. Eğer kayıp eski yoldaşı da Galaksi Merkezi'nden fırlayarak uzaklaşırken bulunursa, bu durum daha güçlü bir kanıt sunacaktır.
Ve yörünge çok kısa olduğu için uzun süre beklemek zorunda kalmayacağız. S301, 2031'in sonlarına doğru pericenter'a tekrar yaklaşacak ve bu sırada dönüşün yörünge üzerindeki etkisi en güçlü şekilde gözlemlenecek.
GRAVITY+ işbirliği, S301'i izlemeye devam edecek. Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskopu'ndaki (Extremely Large Telescope) gelecekteki MICADO enstrümanı ise, gökbilimcilerin yörüngesini üç boyutlu olarak yeniden yapılandırmasına yardımcı olacak.
Bu gözlemlerin bir araya gelmesiyle, önümüzdeki on yıl içinde Yay A*'nın dönüşü hassas bir şekilde belirlenebilir.
Ve Samanyolu'nun en derin kalbinde daha fazla hazine gizleniyor olabilir.
Mang, "Galaksi merkezinde S301 gibi daha fazla yıldızın bulunmasını bekliyoruz ve benzer birini keşfedersek, bu dönüş ölçümünü daha da kolaylaştıracaktır. Sinyalin gücü artık yalnızca kara deliğin dönüş ekseni ile S301'in yörüngesinin göreceli yönelimine bağlı kalmayacak." dedi.
Bu keşif, bilim dergisi Nature'da yayımlandı.
