Evrendeki en büyük kara delikler, kalabalık yıldız kümelerinin derinliklerinde meydana gelen şiddetli birleşme zincirleri sonucu oluşmuş olabilir.
Cardiff Üniversitesi’nin öncülüğünde yapılan yeni bir araştırmaya göre, kütle çekim dalgaları yoluyla şimdiye kadar tespit edilen en büyük kara delikler, doğrudan çöken yıldızlardan oluşmamış olabilir.
Uluslararası ekip, 153 adet yüksek güvenilirlik düzeyine sahip kara delik birleşme tespiti içeren LIGO–Virgo–KAGRA’nın Kütle Çekim Dalgası Geçici Olay Kataloğunun (GWTC4) 4.0 sürümünde en ağır kara deliklerin “ikinci nesil” kara delikler olup olmadığını inceledi.
Bu nesneler, daha önceki kara deliklerin birleşmesi ve daha sonra yıldızların Güneş’imizin çevresindeki bölgeye göre bir milyon kat daha sıkı bir şekilde paketlenebildiği yoğun yıldız kümeleri içinde tekrar birleşmesi sonucu oluşur.
Yeni bulgular, kütle çekim dalgaları aracılığıyla görülen en büyük kara deliklerin, sıradan yıldız çökmesi sonucu oluşanlardan ziyade, tekrarlanan birleşmelerle şekillenen ayrı bir popülasyona ait olduğunu öne sürüyor.
Kütle çekim Dalgaları Dev Kara Deliklerin Nasıl Büyüdüğünü Ortaya Koyuyor
Cardiff Üniversitesi’nden Dr. Fabio Antonini, “Kütle çekimi dalgası astronomisi artık kara delik birleşmelerini saymaktan çok daha fazlasını yapıyor.”
“Kara deliklerin nasıl büyüdüğünü, nerede büyüdüğünü ve bunun bize dev yıldızların yaşamları ve ölümleri hakkında neler anlattığını ortaya çıkarmaya başlıyor.”
“Bu heyecan verici çünkü bu bilgiyi, evrendeki yıldızların ve yıldız kümelerinin nasıl evrimleştiğine dair anlayışımızı test etmek için kullanabiliriz” dedi.
Araştırmacılar, kütle çekim dalgası sinyallerini inceleyerek iki ayrı kara delik grubu belirlediler:
- Sıradan yıldız çökmesiyle tutarlı, daha düşük kütleli bir popülasyon
- Dönme hareketleri yoğun yıldız kümelerindeki hiyerarşik birleşmelerden beklenenlere tıpatıp benzeyen, daha yüksek kütleli bir popülasyon.
Bilim insanları, daha ağır kara deliklerin dönüş eğilimlerinin, bunların tekrarlanan çarpışmalar sonucu oluştuğuna dair özellikle güçlü kanıtlar sağladığını söylüyor.
Cardiff Üniversitesi’nden Dr. Isobel Romero-Shaw, “Bizi en çok şaşırtan şey, yüksek kütleli kara deliklerin ayrı bir popülasyon olarak ne kadar belirgin bir şekilde öne çıktığıydı.”
“Analiz ettiğimiz düşük kütleli sistemlerin aksine, ki bunlar genellikle yavaş dönüyordu, yüksek kütleli sistemler daha hızlı dönüşlere sahip ve görünüşte rastgele yönlere yönlenmiş gibi görünüyor.”
“Bu, kara deliklerin yoğun yıldız kümelerinde tekrar tekrar birleşmesi durumunda bekleyeceğiniz tam olarak o işarettir. Bu durum, kümenin kökenini önceki kataloglara kıyasla çok daha ilgi çekici hale getiriyor” dedi.
Kara Delik “Kütle Açığı”na İlişkin Kanıtlar Güçleniyor
Bu çalışma aynı zamanda astrofizikçiler tarafından öngörülen gizemli “kütle boşluğu” için şimdiye kadarki en güçlü kanıtı sunuyordu.
Uzun süredir devam eden teori şöyleydi: Aşırı büyük kütleli yıldızlar kara deliklere dönüşmeden önce şiddetli bir şekilde patlayıp kendilerini yok etmelidir.
Sonuç olarak, yıldızların doğrudan üretemeyeceği, yasaklanmış bir kara delik kütle aralığı olmalıdır. Araştırmacılar, kütleleri Güneş’inkinin yaklaşık 45 katı olan kara delikler arasında bu geçişi tespit ettiler.
Çift kararsızlık; çok yüksek kütleli yıldızların merkezinde, gama ışınlarının maddeye dönüşmesiyle termal basıncın aniden düşmesi ve yıldızın felaketle sonuçlanan bir kütle çekimsel çökmeye uğraması sürecine denir.
Dr. Antonini, “Çalışmamızda, uzun zamandır tahmin edilen çift kararsızlık kütle boşluğuna dair kanıtlar bulduk; bu boşluk, yıldızların hiç kara delik bırakmasının beklenmediği bir kütle aralığıdır” dedi.
“Kütle çekim dalgası detektörleri, bu boşluğun içinde veya yakınında yer alan kara delikleri başarıyla tespit etti ve biz bu boşluğu yaklaşık 45 güneş kütlesi olarak belirledik.”
“Öyleyse, şimdi asıl soru şu: Bu kara delikler bize yıldız evrimi modellerimizin yanlış olduğunu mu söylüyor, yoksa başka bir şekilde mi şekillendiriliyorlar?”
“Mevcut örneklemdeki en büyük kara delikler, bize sadece yıldız evrimi hakkında değil, küme dinamikleri hakkında da bilgi veriyor gibi görünüyor.”
“Yaklaşık 45 güneş kütlesinin üzerinde, dönüş dağılımı, yalnızca normal çift yıldız sistemleriyle açıklanması zor bir şekilde değişir, ancak bu kara deliklerin daha önce yoğun kümelerde birleşmelerden geçmiş olması durumunda doğal olarak açıklanabilir” diye devam etti.
Kara Delik Keşifleri Yıldız Nükleer Reaksiyonlarının İncelenmesine Yardımcı Olabilir
Ekip ayrıca kütle boşluğuna yakın geçiş bölgesini kullanarak, dev yıldızların içindeki helyum yanmasında rol oynayan önemli bir nükleer reaksiyonu araştırdı. Helyum yanması, yıldızların çekirdeklerinde hidrojen tükendikten sonra devreye giren nükleer füzyon sürecidir.
Araştırmacılar, gelecekteki kütle çekim dalgası gözlemlerinin nükleer fizik konusunda değerli bilgiler sağlayabileceğini, çünkü çift kararsızlık kütle sınırının yıldız çekirdeklerinin derinliklerinde meydana gelen reaksiyonlara bağlı olduğunu söylüyor.
Cardiff Üniversitesi’nden Dr. Fani Dosopoulou, “gelecekte, kütle çekim dalgası verileri bilim insanlarının nükleer fiziği incelemelerine yardımcı olabilir.”
“Çünkü çift kararsızlık tarafından belirlenen kütle sınırı, büyük kütleli yıldızların çekirdeklerinde gerçekleşen nükleer reaksiyonlara bağlıdır” diye ekledi.
