Bilim insanları, şimdiye kadar gözlemlenen en büyük kara delik birleşmesinin kökenlerini araştırarak, uzun süredir kabul gören varsayımlara rağmen bu tür devasa nesnelerin nasıl oluşmuş olabileceğine dair önemli ipuçları elde etti. Bu kara delikler, böylesine büyük kütleli yıldızların oldukça güçlü patlamalarla kendilerini yok edeceği ve geriye kara delik oluşturacak hiçbir kalıntı bırakmayacağı düşüncesi nedeniyle 'yasaklı' kabul ediliyordu.
Ancak yapılan yeni çalışma, hızla dönen, manyetik alanlara sahip yıldızların beklenmedik şekillerde çökebildiğini ve bu 'yasaklı' kütle aralığında kara delikler üretebildiğini gösteriyor. Bu durum, GW231123 olarak bilinen devasa birleşme olayı için zemin hazırlamış.
Bulgular ayrıca, kara deliklerin bilim insanlarının düşündüğünden daha verimli bir şekilde oluşabileceğini ve bu durumun, evrenin ilk yıldızları ve kara deliklerinin bugünkü süper kütleli kara deliklere nasıl evrildiğine dair anlayışımızı dönüştürebileceğini düşündürüyor.
Neden Ağır Kara Delik Birleşmeleri Önem Taşıyor?
Kara delik çarpışmaları, evreni anlamak için en önemli araçlardan biri haline geldi. Kütleçekim dalgaları aracılığıyla evreni gözlemlememizi sağlayan bu olaylar, ışığın bile kaçamadığı böylesine aşırı yerçekimi bölgelerine nadir bir bakış sunuyor. Bu dalgaların şeklinden yola çıkarak, bilim insanları birleşen nesnelerin kütlelerini, dönüş hızlarını ve nasıl oluştuklarını yeniden yapılandırabiliyor.
Bu tür gözlemler, özellikle kütleçekimin en uç noktada olduğu durumlar nedeniyle Einstein'ın genel görelilik teorisini en zorlu koşullarda test etme imkanı sunuyor. En ağır kara deliklerin dahil olduğu olaylar, aynı zamanda devasa yıldızların evren boyunca nasıl yaşadığını ve öldüğünü ve ilk kara deliklerin günümüzdeki galaksi merkezlerinde bulunan devasa yapılara nasıl dönüştüğünü de aydınlatıyor.
Tespit Edilen En Ağır Kara Delik Birleşmesi
Kasım 2023'te tespit edilen GW231123 olayı, gökbilimciler için hemen farkını ortaya koydu. Yaklaşık 100 ve 130 güneş kütlesinde iki devasa nesne, 2 milyar ışıkyılı aşkın bir mesafede birleşmişti. En büyük sürpriz ise, bu büyüklükteki kara deliklerin, kabaca 70 ila 140 güneş kütlesi arasında hiçbir kara deliğin beklenmediği, fizikçilerin 'kütle boşluğu' olarak adlandırdığı bir aralıkta yer almasıydı.
Bu kütle aralığındaki yıldızlar genellikle şiddetli süpernova patlamalarıyla parçalanır ve geriye hiçbir şey bırakmaz. Ancak GW231123 olayı, biri değil, her ikisi de aşırı hızlarda döndüğüne dair işaretler taşıyan bu tür iki nesneye ev sahipliği yapmıştı. Bu olay, "oluşmaması gereken, devasa ve hızla dönen kara deliklerin nadir bir oluşum kanalını gösteren, en hızlı dönen kara deliklerden ikisini içeriyordu."
Bu tür kara deliklerin nasıl oluşabileceğini çözmek için ekip, aşırı kütleli bir yıldızın yaşamından başlayarak ayrıntılı, üç boyutlu simülasyonlar oluşturdu. Model, 250 güneş kütlesi civarındaki bir helyum çekirdeğinin yakıtını yakmasını, çökmesini ve yeni doğan bir kara delik oluşturmasını takip etti. Önceki teoriler, böyle bir yıldızın tek parça halinde çökeceğini ve orijinal çekirdeği kadar ağır bir kara delik bırakacağını varsayıyordu. Ancak yeni çalışma, bunun her zaman böyle olmadığını gösteriyor.
'İmkansızı' Çözmek
Yapılan simülasyonlar, hızlı dönüşün her şeyi değiştirdiğini ortaya koydu. Hızlı dönen bir yıldızın, yeni doğan kara deliğin etrafında bir yığılma diski oluşturduğu ve bu disk içinde oluşan güçlü manyetik alanların, yıldızsal malzemenin bir kısmını dışarı atarak kara deliğe düşmesini engelleyen güçlü akımlar oluşturduğu anlaşıldı. Bu mekanizma, kalıntı kara deliğin son kütlesini azaltarak onu daha önce ulaşılamaz olduğu düşünülen kütle boşluğuna itiyor.
Simülasyonlar ayrıca, oluşan kara deliğin kütlesi ve dönüş hızı arasında doğal bir bağlantı üretti. Güçlü manyetik alanlar açısal momentumu emerek kara deliği yavaşlatırken daha fazla kütle dışarı atıyor. Daha zayıf alanlar ise daha kütleli ve daha hızlı dönen bir nesne bırakıyor. Bu ilişki, GW231123'teki iki kara deliğin özellikleriyle yakından eşleşiyor. Bu, kütleçekimsel dalga sinyalinin ima ettiği gibi, farklı nihai kütlelere ve dönüş hızlarına sahip bir çift oluşturuyor.
Bu Keşiflerin Kütleçekim ve Kozmik Tarih İçin Anlamı
GW231123 gibi aşırı olaylar, genel görelilik teorisini sınırlarına kadar zorluyor. Devasa uzay-zaman eğriliği, genel göreliliği en uç güçlü alan rejiminde derinlemesine inceliyor ve kütleçekiminin en aşırı olduğu durumlarda Einstein'ın denklemlerinin doğruluğunu test etme imkanı sunuyor.
Benzer olaylar erken evrende sık sık meydana gelmiş olsaydı, ilk kara deliklerin büyümesini şekillendirmiş olurlardı. Bu tür birleşmeler, "ağır kara deliklerin mevcut yıldız modellerinin öngördüğünden daha verimli bir şekilde oluşabileceğini ima ediyor. Bu durum, ilk nesil yıldızların ve kara deliklerin günümüzdeki galaksilerde gözlemlediğimiz süper kütleli kara deliklere nasıl kaynaklık ettiğine dair anlayışımızı etkileyecektir."
Ekibin çalışması, ağır kara deliklerin oluşumu için yeni bir yol haritası çiziyor ve gökbilimcilerin arayabileceği belirli kalıplar öngörüyor. Bu çalışma, kütle boşluğundaki kara delik oluşumuna yeni bir pencere açıyor ve her kütledeki ilk nesil kara delikleri (önceki birleşmeler olmadan) öngörüyor. Gelecekteki kütleçekimsel dalga tespitleri, simülasyonlarda bulunan kütle-dönüş hızı korelasyonunun birçok olayda geçerli olup olmadığını test edecek.
Daha fazla ağır kara delik ikilisi tespit ettikçe, bu popülasyondaki öngörülen korelasyonu test edebileceğiz. Bu keşifler, GW231123'ün kozmik bir nadire mi yoksa gizli bir popülasyonun ilk açık işareti mi olduğunu ortaya koyabilir.
