Her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik bulunur. İki galaksi birleştiğinde, kara delikleri birbirine bağlı bir yörüngede bulunan bir çift oluşturabilir. Bu çiftlerin sonunda birleşmeye mahkum olduğu varsayılır, ancak bu hiçbir zaman gözlemlenmemiştir. Bu olayın mümkün olup olmadığı, astronomlar arasında yıllardır tartışılan bir konudur. The Astrophysical Journal’da yayınlanan bir makalede, bir grup astronom bu soruya yeni bir bakış açısı sunmuştur.
Ekip, ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen NSF’nin NOIRLab tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin bir parçası olan Gemini Kuzey teleskobu’ndan elde edilen verileri kullanarak B2 0402+379 eliptik galaksisinde bulunan süper kütleli bir kara delik çiftini analiz etti. Bu, her iki nesneyi ayrı ayrı görmek için yeterli ayrıntıda çözülen tek süper kütleli kara delik çiftidir ve doğrudan ölçülen en küçük ayrımı olan sadece 24 ışık yılına sahiptir. Bu yakın ayrım, güçlü bir birleşmeyi önceden haber verirken, daha fazla çalışma, çiftin bu mesafede üç milyar yıldan fazla süredir durduğunu ortaya çıkardı ve bu da şu soruyu sorduruyor: Neden duruyor?
Bu sistemin dinamiklerini ve durmuş birleşmesini daha iyi anlamak için ekip, Gemini Kuzey’in Gemini Çoklu Nesne Spektrografı (GMOS) arşiv verilerine başvurdu ve kara deliklerin çevresindeki yıldızların hızını belirlemelerine olanak sağladı. Makalenin ortak yazarı olan Stanford Üniversitesi fizik profesörü Roger Romani, “GMOS’un mükemmel hassasiyeti, yıldızların galaksinin merkezine yaklaştıkça artan hızlarını haritalamamıza olanak sağladı” dedi. “Bununla birlikte, orada bulunan kara deliklerin toplam kütlesini çıkarabildik.”
Ekip, çiftin kütlesini Güneş’in 28 milyar katı olarak tahmin ediyor, bu da çifti ölçülen en ağır ikili kara delik olarak nitelendiriyor. Bu ölçüm, ikili sistemin oluşumu ve ev sahibi galaksinin tarihine değerli bir bağlam sağlamanın yanı sıra, süper kütleli ikili kara deliklerin kütlesinin potansiyel bir birleşmeyi durdurma sürecinde önemli bir rol oynadığı uzun süredir devam eden teoriyi destekliyor.
Uluslararası Gemini Gözlemevi’ni hizmet veren veri arşivi, keşfedilmemiş bilimsel keşiflerin bir define sandığıdır” diyor Uluslararası Gemini Gözlemevi için NSF program direktörü Martin Still. “Bu aşırı süper kütleli ikili kara delikler için kütlesel ölçümler, o zengin arşivi keşfeden yeni araştırmaların potansiyel etkisinin etkileyici bir örneğidir.”
Bu ikilinin nasıl oluştuğunu anlamak, birleşip birleşmeyeceğini tahmin etmeye yardımcı olabilir – ve birkaç ipucu, çiftin birden fazla galaksi birleşmesi yoluyla oluştuğunu gösteriyor. İlk olarak, B2 0402+379’un bir “fosil kümesi” olduğu anlamına gelir, yani bir tüm galaksi kümesinin yıldızlarının ve gazının tek bir büyük galaksiye birleşmesinin sonucudur. Ek olarak, iki süper kütleli kara deliğin varlığı, büyük birleşik kütlesiyle birlikte, bunların birden fazla galaksiden gelen birden fazla küçük kara deliğin birleşimi sonucu oluştuğunu düşündürmektedir.
Galaksilerin birleşmesinden sonra, süper kütleli kara delikler başa baş çarpışmazlar. Bunun yerine, bağlı bir yörüngeye yerleşene kadar birbirlerinin yanından geçmeye başlarlar. Her geçişte, enerji kara deliklerden çevredeki yıldızlara aktarılır. Enerji kaybettikçe, çift giderek daha da yaklaşır ve sadece ışık yılları uzakta olduklarında yerçekimi radyasyonu devreye girer ve birleşirler. Bu süreç, yıldız kütleli kara delik çiftlerinde doğrudan gözlemlenmiştir – ilk kez 2015 yılında yerçekimi dalgalarının tespitiyle kaydedilen bir örnek – ancak süper kütleli bir ikilide hiç gözlemlenmemiştir.
Ekip, sistemin son aşamalarında durmasına neden olan yörüngenin yavaşlaması için olağanüstü büyük bir yıldız sayısına ihtiyaç duyulduğunu belirterek, sistemin çekirdeğindeki maddeyi neredeyse tamamen dışarı fırlattığını ve galaksinin çekirdeğini yıldız ve gazdan yoksun bıraktığını ortaya koydu. Çiftin yörüngesini daha da yavaşlatmak için daha fazla malzeme bulunmadığı için birleşmeleri son aşamada durmuş durumda.
Romani şöyle diyor: “Normalde, daha hafif kara delik çiftlerine sahip galaksilerin, ikiliyi hızla bir araya getirecek kadar yeterli yıldız ve kütleye sahip olduğu görülüyor. Bu çift o kadar ağır olduğu için işi halletmek için çok fazla yıldız ve gaz gerekti. Ancak ikili, merkezi galaksinin böyle bir maddeden arındırdı ve durdu, bu da bizim çalışmamıza erişilebilir hale getirdi.”
Çiftin duraklamasını aşarak ve milyonlarca yıl içinde birleşip birleşmeyeceği veya sonsuza dek yörünge limbo’sunda devam edip etmeyeceği henüz belirlenmedi. Birleşirlerse, sonuçta oluşacak yerçekimi dalgaları, yıldız kütleli kara delik birleşmeleri tarafından üretilenlerden yüz milyon kat daha güçlü olacaktır. Çiftin bu son mesafeyi başka bir galaksi birleşmesi yoluyla aşabileceği, sisteme ek malzeme enjekte edeceği veya potansiyel olarak üçüncü bir kara delikle yörüngesini yavaşlatabileceği mümkündür. Bununla birlikte, B2 0402+379’un bir fosil kümesi olarak kabul edilmesi nedeniyle başka bir galaksi birleşmesi olası değildir.
Stanford lisans öğrencisi ve makalenin baş yazarı Tirth Surti, “B2 0402+379’un çekirdeğinde ne kadar gaz bulunduğuna dair daha fazla bilgiye sahip olmayı dört gözle bekliyoruz” diyor. “Bu, süper kütleli kara deliklerin sonunda birleşip birleşemeyeceği veya ikili olarak mahsur kalıp kalmayacağımız hakkında daha fazla bilgi verecektir.”
