Kasım 2024'te Dünya'daki teleskopları aydınlatan kısa süreli bir gama ve X-ışını parlaması, beklenmedik bir kaynaktan gelmiş olabilir. Bu parlamadan sadece saniyeler önce, aynı gökyüzü köşesinden LIGO-Virgo-KAGRA gözlemevleri, iki kara deliğin çarpışmasının habercisi olan kütleçekimsel dalga sinyalini tespit etmişti. Bu muazzam olaylar evrendeki en aşırı olaylardan bazılarıdır; ancak genel olarak tespit edilebilir ışık üretmeleri beklenmez.
Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden astronom Shu-Rui Zhang liderliğindeki bir ekip, bu olağanüstü tespiti daha da olağanüstü bir dizi olası koşulla ilişkilendirdi. Araştırmacılara göre, çarpışma muhtemelen üçüncü, süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki devasa, dönen toz ve gaz diskinin içinde gerçekleşmiş olabilir. Bu durum, galaksinin aktif galaktik çekirdeğini (AGN) işaret ediyor.
4.2 milyar ışıkyılından daha uzaktan kesin olarak doğrulamak zor olsa da, bu mekanizma ne olursa olsun, birleşik tespitler, yıldızlar doğru şekilde hizalandığında kara delik çarpışmalarına bir ışık parlamasının eşlik edebileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, modellerinin öngörücü olduğunu ve çarpışan kütlelerin yörünge eksantrikliğini daha iyi belirlemenin ve ana galaksinin derin alan gözlemlerini yapmanın önemini vurguladıklarını belirtiyor.
İlk kütleçekimsel dalga gözleminin 2015'te yapılmasından bu yana, uzay-zaman dalgalanmalarının kataloğu yüzlerce olaya ulaştı. Tespit edilen sinyallerin tamamı analiz edilmemiş veya doğrulanmamış olsa da, çoğunun evrendeki en yoğun nesneler olan iki kara deliğin çarpışmasından kaynaklandığı düşünülüyor. Bu çarpışmaların çoğu tamamen karanlıktı. Bilim insanları bu olayların birçoğu için bir ışık karşılığı aramış olsalar da, iki küçük kara delik birleşerek daha büyük bir kara delik oluşturduğunda, eğer varsa, havai fişeklerin olay ufku ardında gerçekleştiğine dair kanıtlar mevcut.
25 Kasım 2024 tarihli kütleçekimsel dalga olayı – S241125n olarak adlandırıldı – farklıydı. Sinyal, dünya çapına yayılmış LIGO-Virgo-KAGRA dedektörlerinde dalgalanarak, 4.2 milyar ışıkyılı uzakta bir kara delik birleşmesi hakkında bilim insanlarını uyardı ve Güneş'in kütlesinin yaklaşık 150 katı kütleye sahip oldukça büyük bir nesne oluştu. Ardından, yaklaşık 11 saniye sonra, birden fazla X-ışını gözlemevi, kütleçekimsel dalgalarla aynı gökyüzü yamasından bir X-ışını ışığı parlaması ve bir gama ışını patlaması yakaladı. Bunun tesadüfi bir tesadüf olma olasılığı, araştırmacılar tarafından düşük olarak hesaplandı; 30 yıllık gözlemlerde sadece 30 yılda bir görülebilecek bir tesadüf.
Kütleçekim ve ışık aynı hızda seyahat eder. Bu nedenle, gözlemlerin dizisi, iki kara deliğin önce birleştiğini ve ardından bir ışık patlaması saldığını öne sürdü. Kara delikler tespit edilebilir ışık yaymadığından ve bu tür kara delik birleşmelerinin çoğu ışıksız gerçekleştiğinden, araştırmacılar başka bir şeyin söz konusu olduğunu düşündüler.
Kara deliklerin son derece parlak yapabileceği bir şey olduğunu biliyoruz: yığılma (accretion) adı verilen bir süreçle maddeyi yutmak. Bir kara delik maddeyle çevriliyken, o madde, suyun bir gideri çevrelemesi gibi kara deliğin etrafında girdap oluştururken yerçekimi ve sürtünme tarafından aşırı ısınan bir disk oluşturabilir. Bu disk, ışıktan bir kaynaktır. Diğeri ise, bilim insanlarının olay ufkusun hemen dışındaki manyetik alan çizgileri boyunca yönlendirildiği ve hızlandırıldığına inandığı, kara deliğin kutup bölgelerinden muazzam hızlarla fırlatılan maddeden oluşan astrofiziksel jetlerdir.
S241125n'den sonra tespit edilen gama ışını patlaması, tipik gama ışını patlamalarına kıyasla biraz alışılmadık özelliklere sahipti. Zhang ve meslektaşları, hızlı yığılma epizodunun bunu açıklayabileceğini düşündüler. Ancak yeni birleşmiş bir kara deliğin böyle bir epizot geçirmesi için, çarpışmanın beslenecek yeterli madde bulunan bir ortamda gerçekleşmesi gerekirdi.
İki yıldız kütleli kara deliğin, milyonlarca ila milyarlarca Güneş kütlesine sahip çok daha büyük bir kara deliğin aktif olarak madde yığan bir galaksinin kalbindeki yığılma diski içinde çarpıştığında ne olacağını simüle ettiler. Eşit olmayan kütlelere sahip iki kara delik çarpıştığında, birleşmenin düzensiz kütle dağılımı, yeni oluşan kara deliğe onu uçuran bir "doğum tekmelesi" verebilir.
Ekibin simülasyonlarına göre, bir AGN yığılma diskindeki doğum tekmesi, yeni oluşan kara deliği yoğun toz ve gazın içine sürükleyerek, gözlemlenen gama ışını patlamasına benzer özellikler üreten yığılmaları ve jetleri tetikleyecektir. Bu oldukça makul bir açıklama: Galaktik merkezler gerçekten çok meşgul yerlerdir, merkezimize doğru düşen daha küçük kara delikler ve kara delik ikilileri de dahil olmak üzere her türlü karmaşık maddeyle doludur.
Ekibin hipotezini doğrulamak için daha fazla kanıt gerekmekle birlikte, galaktik merkezleri ve içlerinde meydana gelen kara delik çarpışmalarını anlamak için ilgi çekici bir senaryo sunuyor. Araştırmacılar, S241125n ve benzeri olayların gelecekteki çalışmalarının, kara delik birleşmelerinin temel fiziği ve evrensel manzaradaki rolleri hakkında daha derinlemesine bilgiler sağlayabileceğini belirtiyor; potansiyel olarak kütleçekimsel dalgalar, elektromanyetik sinyaller ve bu olağanüstü fenomenlerin ana ortamları arasında yeni bağlantılar ortaya çıkarabilir.
Araştırma, The Astrophysical Journal Letters'da yayınlandı.
