Samanyolu galaksisinin merkezindeki kara delik, kaçan parçacıklara enerji sağlayarak kütle kaybedebilir ve yeni hesaplamalar, gökbilimcilerin bu süreci nasıl tespit edebileceklerini gösteriyor.
Samanyolu galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara delik, Dünya’nın en güçlü parçacık hızlandırıcılarında bile ulaşılamayacak enerjilere parçacıkları hızlandırıyor olabilir.
Yeni teorik bir çalışma, Güneş’in kütlesinin yaklaşık dört milyon katı olan Sagittarius A* kara deliğinin, dönme enerjisinin bir kısmını doğrudan protonlara aktararak bunu başarabileceğini öne sürüyor.
Araştırmacılar, bu parçacıkların birkaç peta elektron volt (PeV) yani birkaç katrilyon elektron volta eşdeğer enerjilere ulaşabileceğini tahmin ediyor.
Bu da Sagittarius A*’yı, galaksimizdeki en enerjik kozmik ışınlardan bazılarını üretebilen doğal bir parçacık hızlandırıcı olan olası bir Galaktik PeVatron haline getirebilir.
Kara Delikler Aşırı Parçacık Hızlandırmasına Nasıl Güç Sağlayabilir?
Aktif olarak beslenen kara deliklerle ilişkili yoğun radyasyonun çoğu, kara deliklerin kendilerinden ziyade çevrelerindeki maddeden kaynaklanır.
Bununla birlikte, fizikçi Roger Penrose 1969’da dönen kara deliklerin, Penrose süreci olarak bilinen bir mekanizma aracılığıyla kendi enerjilerinin bir kısmını da verebileceğini öne sürmüştür.
Bu süreç, kara deliğin dönüşünün uzay-zamanı o kadar güçlü bir şekilde büktüğü bir bölge olan ergokürede gerçekleşir ki, her şey onun dönüş yönünde hareket etmek zorundadır.
Kara deliği, çevresindeki uzay-zamanı da beraberinde sürükleyen, hızla dönen devasa bir dönme dolap olarak düşünmek gerekir.
Belirli koşullar altında, bu bölgeye giren bir parçacık ikiye ayrılabilir; bir parçası kara deliğe düşerken, diğer parçası orijinal parçacığın sahip olduğundan daha fazla enerjiyle kaçabilir.
Ekstra enerji, tıpkı dönen bir atlıkarıncadan ekstra ivme kazanan bir cisim gibi, kara deliğin kendi dönüşünden kaynaklanır.
Manyetik Penrose süreci (MPP) adı verilen daha güçlü bir varyasyon ise, dönme enerjisini yüklü parçacıklara daha verimli bir şekilde aktarmak için manyetik alanları kullanır ve potansiyel olarak onları olağanüstü yüksek enerjilerle uzaya fırlatabilir.
Bu yeni çalışmada, araştırmacılar Sagittarius A*’yı çevreleyen sıcak gazdaki nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan nötronları modellediler.
Bazı nötronlar ergoküreye girip protonlara, elektronlara ve antinötrinolara ayrışabilir. antinötrinalar, nötrinoların antimadde ortakları olan, kütlesi sıfıra çok yakın ve elektriksel yükü olmayan temel atom altı parçacıklardır.
Ortaya çıkan yüklü parçacıklar manyetik alanla etkileşime girerek protonların muazzam miktarlarda enerjiyle kaçmasına olanak sağlayabilir.
Araştırmacılar çalışmalarında, “Sonuçlarımız, Sgr A*’nın olası bir Galaktik PeVatron adayı olarak yorumlanmasını güçlendiriyor” dediler.
Gama ışınları gizli süreci ortaya çıkarabilir mi?
Bu hızlandırılmış protonlar dışarı doğru hareket ederek Galaksi merkezini çevreleyen Merkezi Moleküler Bölge’deki yoğun gazla çarpışırlar. Bu tür çarpışmalar gama ışınları ve nötrinolar üretebilir ve mekanizmanın gözlemsel kanıtını sağlayabilir.
Gökbilimciler, Galaksi merkezinden gelen çok yüksek enerjili gama ışınlarını zaten tespit etmişlerdi, ancak kesin kökenleri belirsizliğini hala koruyor.
Kozmik ışınların kaynağını izlemek özellikle zordur çünkü elektrik yükleri, manyetik alanların yörüngelerini bükmesine neden olur.
Buna karşılık, gama ışınları bu alanlar tarafından sapmadan hareket eder, bu da onları aşırı parçacık hızlanma bölgelerini belirlemek için değerli kılar.
Araştırmacılar, manyetik Penrose sürecinin gama ışını enerji spektrumunda belirgin özellikler üretebileceğini ve Yüksek Enerjili Stereoskopik Sistem (HESS) ve Yüksek Rakımlı Su Çerenkov Deneyi (HAWC) tarafından zaten gözlemlenen emisyona katkıda bulunabileceğini hesapladılar.
Modelleri, planlanan Güney Geniş Alan Gama Işını Gözlemevi’nin (SWGO) beklenen hassasiyeti dahilinde sinyaller öngörüyordu; Çerenkov Teleskop Dizisi Gözlemevi (CTAO) ise bazı senaryoları test etme potansiyeline sahipti.
Araştırmacılar, “sonuçlarımız, SWGO’nun bu çalışmada ele aldığımız tüm senaryoları inceleyebilecek kapasitede olduğunu gösteriyor” dediler.
