Süper kütleli kara delik parlamalarının kökeni belirlendi: Simülasyonlar, ‘yeniden bağlantı’ tarafından desteklenen manyetik titremeyi gösteriyor
Kara delikler her zaman karanlık değildir. Gökbilimciler, galaksimizin çekirdeğindeki de dahil olmak üzere, süper kütleli karadeliklerin olay ufkunun hemen dışından parlayan yoğun ışık oyunları tespit ettiler. Fakat, bilim insanları, şüphelenilen manyetik alanların katılımının ötesinde bu alevlenmelerin nedenini belirleyemedi.
Şimdi astrofizikçiler, bilgisayar simülasyonlarını kullanarak, bu gizemi çözdüklerini söylüyorlar: Araştırmacılar, yeni bir çalışmada, manyetik alan çizgilerinin yeniden bağlanması sırasında bir kara deliğin olay ufkunun yakınında salınan enerjinin, işaret fişeklerine güç verdiğini öne sürüyor.
Yeni simülasyonlar, manyetik alan ile kara deliğin ağına düşen malzeme arasındaki etkileşimlerin, alanın sıkışmasına, düzleşmesine, kırılmasına ve yeniden bağlanmasına neden olduğunu gösteriyor.
Bu süreçte, sıcak plazma parçacıkları ışık hızına yakın bir hızda karadeliğe veya uzaya fırlamak için manyetik enerjiyi kullanıyor. Bu parçacıklar daha sonra kinetik enerjilerinin bir kısmını foton olarak doğrudan yayabiliyor ve yakındaki fotonlara bir enerji artışı sağlayabiliyor. Bu enerjik fotonlar da, gizemli kara delik parlamalarını oluşturuyor.
Modelde, önceden düşen malzemenin, olay ufkunun etrafındaki alanı temizleyerek, patlamalar sırasında fırladığı gözleniyor. Bu toparlama, gökbilimcilere, olay ufkunun hemen dışında meydana gelen, genellikle gizlenmiş süreçlerin engelsiz bir görünümünü sağlayabilir.
Flatiron Enstitüsü’nde araştırmacı Bart Ripperda, “Olay ufkunun yakınındaki manyetik alan çizgilerini yeniden bağlamanın temel süreci, kara deliğin manyetosferinin manyetik enerjisine dokunarak hızlı ve parlak parlamalara güç sağlayabilir. Plazma fiziğini astrofizikle gerçekten bağladığımız yer burası” diyor.
Bir kara deliğin parlamaya kadar olan süreçte yukarıdan aşağıya görünümü. Sıcak plazma başlangıçta kara deliğe akar. Manyetik alan geliştikçe, bu akış tersine döner ve bazı malzemeleri dışarı doğru fırlatır. Bu hızlandırılmış malzeme parlamayı oluşturur.
Adına uygun olarak bir kara delik ışık yaymaz. Bu nedenle, parlamalar kara deliğin olay ufkunun dışından gelmelidir. Kara deliğin çekim gücünün o kadar güçlü hale geldiği sınır, ışığın bile kaçamayacağı sınırdır. Yörüngede dönen ve düşen malzeme, M87 galaksisinde bulunan dev kara deliğin etrafındaki gibi, bir yığılma diski biçiminde kara delikleri çevreler.
Bu materyal, kara deliğin ekvatorunun yakınındaki olay ufkuna doğru dökülür. Sonuçta, bazı kara deliklerin kuzey ve güney kutuplarında, parçacık jetleri şeklinde neredeyse ışık hızında uzaya fırlar. Bir kara deliğin anatomisinde parlamaların nerede oluştuğunu belirlemenin fiziği inanılmaz derecede zordur.
Kara delikler zamanı ve uzayı büker. Güçlü manyetik alanları ve radyasyon alanları vardır. Ayrıca türbülanslı bir plazma ile çevrilidir. Bu bölge o kadar sıcaktır ki elektronlar atomlarından koparak ayrılır. Önceki çalışmalar güçlü bilgisayarlarla yapılmış olsa bile, parlamalara güç sağlayan mekanizmayı göremeyecek kadar düşük çözünürlükteydi ve sadece kara delik sistemlerini simüle edebildiler.
Ripperda ve arkadaşları, simülasyonlarında ayrıntı düzeyini artırmak için her şeyi düşündüler. Hesaplama süresinde üç süper bilgisayar kullandılar. Proje toplamda milyonlarca bilgi işlem saati sürdü. Tüm bu hesaplama gücünün sonucu, bir kara deliğin çevresinin şimdiye kadar yapılmış en yüksek çözünürlüklü simülasyonu ve önceki çabaların 1000 katından fazla çözünürlük elde edildi.
Artan çözünürlük, araştırmacılara bir kara delik parlamasına yol açan mekanizmaların benzeri görülmemiş bir resmini verdi. Süreç, kara deliğin olay ufkundan fışkıran, jeti oluşturan ve yığılma diskine bağlanan manyetik alan çizgilerine sahip olan kara deliğin manyetik alanına odaklanıyordu.
Olağanüstü çözünürlüğü ile yeni simülasyon ilk kez, akan malzeme ile kara deliğin jetleri arasındaki sınırdaki manyetik alanın nasıl yoğunlaştığını, ekvator alan çizgilerini sıkıştırdığını ve düzleştirdiğini yakaladı. Ripperda, “Simülasyonlarımızın yüksek çözünürlüğü olmadan alt dinamikleri ve altyapıları yakalayamazsınız. Düşük çözünürlüklü modellerde yeniden bağlantı oluşmaz, dolayısıyla parçacıkları hızlandırabilecek hiçbir mekanizma yoktur” dedi.
Simülasyonda fırlatılan materyaldeki plazma parçacıklarının, hemen bir miktar enerjiyi fotonlar olarak yaydığı görüldü. Plazma tarafından başlangıçta yaratılan fotonlar, en enerjik parlamaları oluşturuyordu. Malzemenin kendisi ise kara deliğin çevresinde dönen bir sıcak damla ile son buluyordu. Böyle bir leke, Samanyolu’nun süper kütleli kara deliğinin yakınında da tespit edildi.
Ripperda, “Böyle bir sıcak noktaya güç sağlayan manyetik yeniden bağlantı, bu gözlemi açıklamak için dumanı tüten bir silahtır” dedi. Araştırmacılar ayrıca kara delik bir süre parladıktan sonra manyetik alan enerjisinin azaldığını ve sistemin sıfırlandığını gözlemlediler. Sonra süreç, zamanla yeniden başlar. Bu döngüsel mekanizma, süper kütleli kara deliklerin neden her gün ile birkaç yılda bir değişen parlamalar yaydığını açıklamakta.
Ripperda, yakın zamanda fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile Olay Ufku Teleskobundan (EHT) alınan ve sonrasında birleştirilen gözlemlerle, yeni simülasyonlarda görülen sürecin gerçekleşip gerçekleşmediğini ve bir kara deliğin gölgesinin görüntülerini değiştirip değiştirmediğini doğrulayabileceğini düşünüyor.
