2019 yılında Event Horizon Teleskobu (EHT), Virgo takımyıldızında yer alan ve Virgo A ya da NGC 4486 olarak da bilinen M87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin fotoğrafını yayınlayarak dünya çapında büyük bir yankı uyandırmıştı. Bu kara delik, bilim insanlarını yeniden şaşırtarak görünür ışıktan milyarlarca kat daha enerjik fotonlar yayan teraelektronvolt bir gama ışını patlamasıyla dikkat çekiyor. Bu kadar yoğun bir patlama on yıldan uzun bir süredir gözlemlenmemiş olup elektronlar ve pozitronlar gibi parçacıkların kara deliklerin çevresindeki aşırı ortamlarda nasıl hızlandığına dair önemli veriler sağlıyor.
M87’nin merkezinden çıkan jet, kara deliğin olay ufkundan ya da yüzeyinden milyonlarca kat daha büyük; bu da büyüklük olarak yedi mertebede bir fark anlamına geliyor. Yüksek enerjili ışınımın parlaklığı, kara delik bölgesinden radyo teleskoplarıyla tipik olarak tespit edilen enerjilerin oldukça üzerindeydi. Yaklaşık üç gün süren bu parlama, çapı üç ışık gününden küçük, yaklaşık 15 milyar mil olan bir bölgeden kaynaklandı.
Gama ışını, elektromanyetik enerjinin bir paketi, yani bir foton olarak bilinir. Gama ışınları, elektromanyetik spektrumda en yüksek enerjiye sahip dalga boylarına sahiptir ve kara deliklerin çevresi gibi evrendeki en sıcak ve enerjik ortamlarda üretilir. M87’nin gama ışını patlamasındaki fotonların enerjisi birkaç teraelektronvolta ulaşmaktadır. Teraelektronvolt, atomaltı parçacıkların enerjisini ölçmek için kullanılır ve hareket halindeki bir sivrisineğin enerjisine eşdeğerdir. Bu, bir sivrisineğin milyarlarca katı küçük olan parçacıklar için muazzam bir enerji miktarıdır.
Madde kara deliğe doğru düşerken bir yığılma diski oluşturur ve burada parçacıklar kütle çekimsel potansiyel enerjinin kaybı nedeniyle hızlanır. Parçacıkların bir kısmı kara deliğin kutuplarından güçlü bir dış akış olarak manyetik alanlar tarafından yönlendirilerek “jetler” şeklinde geri yönlendirilir. Bu süreç, düzensizdir ve sık sık “parlama” adı verilen hızlı bir enerji patlamasına yol açar. Bununla birlikte, gama ışınları Dünya’nın atmosferine nüfuz edemez. Yaklaşık 70 yıl önce fizikçiler, gama ışınlarının atmosfere çarptığında oluşan ikincil ışınımı gözlemleyerek yerden tespit edilebileceğini keşfettiler.
“Parçacıkların kara deliğin yakınında ya da jet içinde nasıl hızlandığını hâlâ tam olarak anlayamıyoruz” diyor UCLA’da doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın başyazarlarından Weidong Jin. “Bu parçacıklar o kadar enerjik ki ışık hızına yakın bir hızla hareket ediyorlar ve bu kadar enerjiyi nerede ve nasıl kazandıklarını anlamak istiyoruz. Çalışmamız, bu süreçleri anlamaya ışık tutmak için bu galaksiye ait şimdiye kadar toplanmış en kapsamlı spektral veriyi sunuyor.”
Jin, Arizona’nın güneyinde yer alan Fred Lawrence Whipple Gözlemevi’nde çalışan, yer temelli bir gama ışını dedektörü olan VERITAS’tan alınan çok yüksek enerjili gama ışınları üzerine analizler gerçekleştirdi. VERITAS, teleskop sensörlerini okumak için elektronik sistemler geliştirme ve teleskop verilerini analiz etmek ile performansını simüle etmek için bilgisayar yazılımı geliştirme konusunda önemli bir rol üstlenmiştir. Bu analiz, bazal dalgalanmalardan önemli ölçüde sapma gösteren parlaklık değişikliklerini ortaya çıkararak bu parlamayı tespit etmeye yardımcı oldu.
NASA’nın Fermi-LAT, Hubble Uzay Teleskobu, NuSTAR, Chandra ve Swift teleskopları ile dünyanın en büyük Cherenkov teleskoplarından (VERITAS, H.E.S.S. ve MAGIC) alınan verilerin yanı sıra yaklaşık iki düzine yer ve uzay tabanlı gözlemevi bu çalışmada yer aldı. Bu gözlemevleri, X-ışını fotonlarına ve yüksek enerjili gama ışınlarına duyarlıdır.
Çalışmadaki önemli veri setlerinden biri spektral enerji dağılımıdır. Jin, “Spektrum, M87 gibi astronomik kaynaklardan gelen enerjinin ışığın farklı dalga boylarına nasıl dağıldığını tanımlar” diyor. “Işığı bir gökkuşağına ayırıp her bir renkte ne kadar enerji olduğunu ölçmeye benzer. Bu analiz, süper kütleli kara deliğin jetindeki yüksek enerjili parçacıkların hızlanmasını sağlayan süreçleri anlamamıza yardımcı oluyor.”
Çalışmanın yazarlarının yaptığı analizler, jetin konumu ve olay ufkunun (halkanın) pozisyonu ve açısında önemli bir varyasyon buldu. Bu, farklı boyut ölçeklerinde jetin pozisyonunu etkileyen parçacıklarla olay ufku arasında fiziksel bir ilişki olduğunu gösteriyor.
“M87 kara deliğinin en çarpıcı özelliklerinden biri, binlerce ışık yılı boyunca çekirdekten uzanan iki kutuplu bir jettir” diyor Jin. “Bu çalışma, parlama sırasında çok yüksek enerjili gama ışını yayılımının kaynağını araştırmak ve parçacıkların hızlandığı konumu belirlemek için benzersiz bir fırsat sağladı. Bulgularımız, Dünya’da tespit edilen kozmik ışınların kökenleri üzerine süregelen bir tartışmayı çözmeye yardımcı olabilir.”
Event Horizon Teleskobu tarafından gösterilen süper kütleli kara delik (ortada) M87 galaksisinin merkezinde yer almaktadır. Merkezin yakınındaki kısa doğrusal özellik kara delik tarafından üretilen bir jettir.
Gamma ışını patlamasının ışık eğrisi (altta) ve 2018 kampanyası sırasında radyo ve X-ışını gözlemleriyle çeşitli ölçeklerde elde edilen M87 jetinin yarı-simüle edilmiş görüntülerinin topluluğu (üstte). Her görüntünün sol üst kısmında kullanılan enstrüman, gözlem dalga boyu aralığı ve ölçek belirtilmiştir.
Kaynaklar
1. J. C. Algaba et al. Broadband multi-wavelength properties of M87 during the 2018 EHT campaign including a very high energy flaring episode. Astronomy & Astrophysics, 2024; 692: A140 DOI: 10.1051/0004-6361/202450497
Bu haber doğrudan bu web sitesinden tercüme edilmiştir:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241213140634.htm