Gökbilimciler, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile bir kara deliğin çevresine dair şimdiye kadarki en net görüntüyü elde etti. Bu muhteşem görüntü, on yıllardır süregelen bir gizemi çözmeye yardımcı olabilir ve uzaydaki en ekstrem nesneler hakkındaki yerleşik bir inancı tersine çevirebilir.
1990'lardan bu yana, gökbilimciler bazı galaksilerin merkezindeki aktif süper kütleli kara deliklerin (SMBH) etrafında kızılötesi dalga boylarında merak uyandıran bir parlama gözlemlediler. Daha önce bu aşırı kızılötesi emisyonları, kara deliklerden fırlayan süper ısıtılmış madde akışlarına atfediliyordu.
Ancak 13 Ocak'ta Nature Communications dergisinde yayımlanan yeni bir araştırmada, JWST kullanan uluslararası bir araştırmacı ekibi, Dünya'dan yalnızca yaklaşık 13 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan yakın Circinus galaksisinin kalbine odaklandı ve galaksinin merkezindeki SMBH'nin etrafındaki bölgeyi inceledi.
JWST'den elde edilen veriler ve çok sayıda yer tabanlı gözlem, kızılötesi fazlalığın, ondan uzaklaşan materyalden ziyade, Circinus galaksisinin merkezindeki SMBH'ye düşen tozlu materyal diskinden geldiğini ortaya koyuyor.
Bu galaktik keşif, gökbilimcilerin SMBH'lerin büyümesini ve evrimini, ayrıca bu devasa karanlık canavarların kendi galaksileri üzerindeki etkilerini daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
Dönüşen Diskler ve Gizemler
Galaksilerin merkezlerindeki aktif kara delikler, düşen gaz ve tozdan oluşan devasa bir halka tarafından beslenir. Kara delik bu "simit"in iç duvarından madde çekerken, madde daha ince bir yörünge diski oluşturur ve suyun bir giderde spirale girerek akması gibi kara deliğe doğru döner.
Kara deliğin gelgit kuvvetleri, düşen maddeyi büyük hızlara çıkarır. Diskteki sürtünme sonucunda dönen madde o kadar parlak ışık yayar ki, kara deliğin iç bölgesini astronomların görüş alanından gizler.
Ancak kara delikler elektrik süpürgesi değildir ve onların da beslenme sınırları vardır. Bu nedenle, dönen maddenin bir kısmını jetler veya "rüzgarlar" şeklinde uzaya geri püskürtürler. Dolayısıyla, bir kara deliğin halkası, yörünge diski ve dış akışlarının doğasını anlamak, kara deliklerin farklı boyutlarda maddeyi nasıl çektiğini ve attığını ve potansiyel olarak galaksilerindeki yıldız oluşumunu durdurarak veya artırarak kendi ev sahiplerini nasıl şekillendirdiğini bilmek için kilit öneme sahiptir.
Uzun Süredir Devam Eden Bir Gizemi Çözmek
Circinus'taki yoğun gaz ve parlak yıldız ışığı, daha önce gökbilimcilerin galaksinin merkezi bölgesini ve SMBH'yi ayrıntılı olarak görmesini engelliyordu.
Çalışmanın baş yazarı ve Güney Carolina Üniversitesi'nde galaksi evrimi araştırmacısı Enrique Lopez-Rodriguez, NASA'nın bir açıklamasında, "Süper kütleli kara deliği inceleyebilmek için, onu çözememelerine rağmen, galaksinin iç bölgesinin toplam yoğunluğunu geniş bir dalga boyu aralığında elde etmeleri ve ardından bu veriyi modellere girmeleri gerekiyordu" dedi.
Önceki modeller, halkanın, yörünge diskinin ve dış akışların gözlemlenen spektrumlarını ayrı ayrı uyduruyordu, ancak bölgeyi bütün olarak çözemiyorlardı. Sonuç olarak, gökbilimciler aşırı kızılötesi ışık emisyonlarına SMBH çevresindeki hangi bölgenin neden olduğunu açıklayamıyorlardı.
JWST'nin gelişmiş yetenekleri, gökbilimcilerin Circinus'taki toz ve yıldız ışığını delip geçerek SMBH'nin ortamının daha net bir görünümünü elde etmelerini sağladı. Bunu yapmak için interferometri olarak bilinen bir görüntüleme tekniği kullandılar.
Yer tabanlı interferometri, genel olarak bir dizi teleskop veya aynanın bir gök cisiminden gelen ışığı geniş bir alanda toplamak ve birleştirmek için birlikte çalışmasını gerektirir. Birden fazla kaynaktan gelen ışığı birleştirerek, bu yöntem ışığı oluşturan elektromanyetik dalgaların, bu nesnelerin boyutlarını, şekillerini ve diğer özelliklerini ortaya çıkarmak için astronomların analiz edebileceği girişim desenleri oluşturmasına neden olur.
Ancak bu yer tabanlı tesislerin aksine, uzay tabanlı JWST, teleskobun Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) aracının bir bileşeni olan kendi apertür maskeleme interferometresi (AMI) aracılığıyla bir interferometre dizisi olarak çalışabilir. Bir kamera apertürü gibi, AMI de JWST'nin dedektörlerine giren ışığın miktarını ve yönünü kontrol eden yedi küçük, altıgen delikli opak bir maskedir.
Genel olarak AMI, JWST'nin çözünürlüğünü etkili bir şekilde ikiye katlar. Çalışmanın ortak yazarlarından ve Meksika Ulusal Üniversitesi'nde astrofizikçi Joel Sanchez-Bermudez, açıklamada, "Bu, görüntüleri iki kat daha net görmemizi sağlıyor. Webb'in 6,5 metrelik çapı yerine, bu bölgeyi 13 metrelik bir uzay teleskobuyla gözlemliyormuşuz gibi oluyor" dedi.
Çözünürlüğünü ikiye katlayarak, JWST, Circinus'un merkezindeki 33 ışık yılı genişliğindeki bir alana dair şimdiye kadarki en net görüntüsünü yakaladı. Bu benzeri görülmemiş görüntü, araştırmacıların, aşırı kızılötesi emisyonların büyük çoğunluğunun (yaklaşık %87'sinin) merkez kara deliği aktif olarak besleyen tozlu diskten geldiğini hesaplamasına olanak tanıdı; Lopez-Rodriguez'in e-posta yoluyla belirttiği gibi, "simidin deliğinin iç yüzeyi". Önceki araştırmalar aşırı emisyonların sıcak tozlu rüzgarlardan veya galaksinin kalıntı yıldız ışığından gelmiş olabileceğini öne sürerken, ekip bu emisyonların %1'inden azının SMBH'den uzaklaşan enerjik dış akışlardan geldiğini buldu.
Lopez-Rodriguez, yörüngenin Circinus'un merkezindeki yıldız oluşumunu söndürüyor olabileceğini ancak bunun doğrulanmasının JWST tabanlı farklı türde bir gözlem gerektireceğini söyledi.
Değerli Bir Perspektif
Daha önce gizlenmiş SMBH mekaniklerini ortaya çıkarmanın yanı sıra, bu araştırma, JWST tabanlı interferometrinin, yakın galaksilerin çekirdeklerindeki diğer aktif SMBH'ler de dahil olmak üzere çeşitli gök cisimlerini inceleme potansiyelini vurguluyor. Gözlem örneklemini artırarak, gökbilimciler diğer SMBH'lerden gelen kızılötesi emisyonların tozlu disklerinden mi yoksa sıcak dış akışlarından mı kaynaklandığını belirlemeyi umuyorlar.
Çalışmanın ortak yazarlarından ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nde kıdemli araştırma bilimcisi Julien Girard, e-posta yoluyla, "AMI, değerli JWST zamanını kullanmak için yerden yapılamayan veya Dünya atmosferi tarafından engellenen dalga boylarında hedeflerde kullanılmalı" dedi.
AMI tabanlı gözlemler, kendi güneş sistemimizi daha iyi aydınlatabilir; Girard ekledi, yakın zamanda Jüpiter'in cehennemi uydusu Io'daki volkanlara ayrıntılı bir bakış sundular. Böylece AMI, lav sızan uydulardan toza bulanmış kara deliklere kadar çeşitli şekil ve boyutlardaki kozmik nesneleri gözlemleyebilir. Gelecekte, gökbilimcilerin önemli asteroitlerin etrafındaki uyduları tespit etmesine veya çoklu yıldız sistemlerinin yörüngelerini ve kütlelerini ortaya çıkarmasına yardımcı olabilir.
