Er ya da geç astronomi ile tanışan her insan, Evrenin en gizemli nesneleri olan kara delikler hakkında güçlü bir merak duyar. Bunlar, yakınlardan geçen herhangi bir atomu "yutabilen" ve ışığın bile kaçmasına izin vermeyen gerçek karanlığın efendileridir - çekimleri çok güçlüdür. Bu nesneler fizikçiler ve gökbilimciler için gerçek bir zorluk teşkil ediyor. Birincisi kara deliğin içine düşen maddenin ne olduğunu henüz anlayamıyor, ikincisi ise uzaydaki en fazla enerji tüketen olayı kara deliklerin varlığıyla açıklasa da hiçbirini gözlemleme fırsatı bulamadı. direkt olarak. Size bu ilginç gök cisimlerini anlatacağız, sır perdesini kaldırmak için daha önce nelerin keşfedildiğini ve öğrenilmesi gerekenleri öğreneceğiz.

Kara delik nedir?

“Kara delik” adı (İngilizce - kara delik) 1967'de Amerikalı teorik fizikçi John Archibald Wheeler tarafından önerildi (soldaki fotoğrafa bakın). Cazibesi o kadar güçlü ki ışığın bile kendini bırakmadığı gök cismini belirtmeye hizmet etti. Işık yaymadığı için “siyah” olmasının nedeni budur.

Dolaylı gözlemler

Bu gizemin nedeni budur: Kara delikler parlamadığından, onları doğrudan göremiyoruz ve varlıklarının çevredeki uzayda bıraktığı yalnızca dolaylı kanıtları kullanarak onları aramak ve incelemek zorunda kalıyoruz. Yani bir kara delik bir yıldızı yutarsa ​​kara deliği göremeyiz ama onun güçlü çekim alanının yıkıcı etkilerini gözlemleyebiliriz.

Laplace'ın sezgisi

Yerçekimi etkisi altında kendi içine çöken bir yıldızın evriminin varsayımsal son aşamasını ifade eden "kara delik" ifadesi nispeten yeni olmasına rağmen, bu tür cisimlerin var olma olasılığı fikri ikiden fazla ortaya çıktı. yüzyıllar önce. İngiliz John Michell ve Fransız Pierre-Simon de Laplace birbirlerinden bağımsız olarak "görünmez yıldızların" varlığına dair hipotez öne sürdüler; aynı zamanda alışılmış dinamik yasalarına ve Newton'un evrensel çekim yasasına dayanıyorlardı. Günümüzde kara delikler, Einstein'ın genel görelilik teorisine dayanarak doğru tanımını almıştır.

Laplace, “Dünya Sisteminin Sergilenmesi” (1796) adlı çalışmasında şunları yazdı: “Dünya ile aynı yoğunlukta, Güneş'in çapından 250 kat daha büyük bir çapa sahip parlak bir yıldız, yerçekimi sayesinde çekim, ışık ışınlarının bize ulaşmasını engeller. Dolayısıyla en büyük ve en parlak gök cisimlerinin bu nedenle görünmez olması mümkündür.”

Yenilmez yerçekimi

Laplace'ın fikri kaçış hızı (ikinci kozmik hız) kavramına dayanıyordu. Kara delik o kadar yoğun bir cisimdir ki, yerçekimi, doğadaki en yüksek hızı (neredeyse 300.000 km/s) geliştiren ışığı bile tutabilir. Pratikte bir kara delikten kaçmak, ışık hızından daha yüksek hızlar gerektirir ancak bu imkansızdır!

Bu, bu tür bir yıldızın görünmez olacağı anlamına gelir, çünkü ışık bile onun güçlü yerçekiminin üstesinden gelemez. Einstein bu gerçeği, yerçekimi alanının etkisi altında ışığın bükülmesi olgusu ile açıkladı. Gerçekte, bir kara deliğin yakınında uzay-zaman o kadar kavislidir ki, ışık ışınlarının yörüngeleri de kendi üzerine kapanır. Güneş'i kara deliğe dönüştürmek için tüm kütlesini 3 km yarıçaplı bir topta yoğunlaştırmamız gerekecek, Dünya'nın ise 9 mm yarıçaplı bir topa dönüşmesi gerekecek!

Kara delik türleri

Yaklaşık on yıl önce, gözlemler iki tür kara deliğin varlığını öne sürüyordu: kütlesi Güneş'in kütlesiyle karşılaştırılabilecek veya onu biraz aşan yıldız kara delikleri ve kütlesi birkaç yüz bin ila milyonlarca güneş kütlesi arasında değişen süper kütleli kara delikler. . Ancak nispeten yakın zamanda, Chandra ve XMM-Newton gibi yapay uydulardan elde edilen X-ışını görüntüleri ve yüksek çözünürlüklü spektrumlar, ortalama kütlesi Güneş'in kütlesini binlerce kez aşan üçüncü tür bir kara deliği ön plana çıkardı. .

Yıldız kara delikleri

Yıldız kara delikleri diğerlerinden daha erken tanındı. Evrimsel yolunun sonundaki büyük kütleli bir yıldızın nükleer yakıt rezervlerini tüketmesi ve kendi yerçekimi nedeniyle kendi içine çökmesi sonucu oluşurlar. Bir yıldızı sarsan bir patlamanın ("süpernova patlaması" olarak bilinen bir olgu) feci sonuçları olur: Eğer yıldızın çekirdeği Güneş'in kütlesinin 10 katından fazlaysa, hiçbir nükleer kuvvet, yaratılışın gerçekleşmesiyle sonuçlanacak olan yerçekimsel çöküşe karşı koyamaz. bir kara deliğin.

Süper kütleli kara delikler

İlk olarak bazı aktif galaksilerin çekirdeklerinde görülen süper kütleli kara delikler farklı bir kökene sahiptir. Doğumlarıyla ilgili çeşitli hipotezler var: Milyonlarca yıl boyunca etrafındaki tüm yıldızları yutan bir yıldız kara deliği; bir araya gelen bir grup kara delik; devasa bir gaz bulutunun doğrudan kara deliğe çökmesi. Bu kara delikler uzaydaki en enerjik nesneler arasında yer alıyor. Hepsi olmasa da birçok galaksinin merkezinde bulunurlar. Galaksimizde de böyle bir kara delik var. Bazen böyle bir kara deliğin varlığı nedeniyle bu galaksilerin çekirdekleri çok parlak hale gelir. Merkezinde kara delikler bulunan, etrafı büyük miktarda düşen maddeyle çevrili olan ve bu nedenle devasa miktarda enerji üretebilen galaksilere "aktif", çekirdeklerine ise "aktif galaktik çekirdekler" (AGN) adı veriliyor. Örneğin kuasarlar (gözlemimize erişilebilen, bizden en uzak kozmik nesneler), yalnızca çok parlak bir çekirdeği gördüğümüz aktif galaksilerdir.

Orta ve mini

Bir diğer gizem ise, son araştırmalara göre M13 ve NCC 6388 gibi bazı küresel kümelerin merkezinde olabilecek orta kütleli kara delikler olmaya devam ediyor. Birçok gökbilimci bu nesnelere şüpheyle yaklaşıyor ancak bazı yeni araştırmalar, bu nesnelerin varlığını öne sürüyor. Galaksimizin merkezine yakın bile orta büyüklükte kara delikler. İngiliz fizikçi Stephen Hawking ayrıca dördüncü tür bir kara deliğin varlığına dair teorik bir varsayım ortaya koydu - yalnızca bir milyar tonluk (yaklaşık olarak büyük bir dağın kütlesine eşit) kütleye sahip bir "mini delik". Birincil nesnelerden, yani Evrenin yaşamının ilk anlarında, basıncın hala çok yüksek olduğu zamanlarda ortaya çıkan nesnelerden bahsediyoruz. Ancak henüz varlıklarına dair tek bir iz bile bulunamadı.

Kara delik nasıl bulunur

Sadece birkaç yıl önce kara deliklerin üzerinde bir ışık yandı. Sürekli gelişen araç ve teknolojiler (hem yer tabanlı hem de uzay tabanlı) sayesinde bu nesneler giderek daha az gizemli hale geliyor; daha doğrusu, onları çevreleyen alan daha az gizemli hale geliyor. Aslında kara deliğin kendisi görünmez olduğundan, onu ancak kısa bir mesafede etrafında dönen yeterli miktarda madde (yıldızlar ve sıcak gaz) ile çevrelenmişse tanıyabiliriz.

İkili sistemleri izlemek

Bazı yıldız kara delikleri, ikili sistemdeki bir yıldızın görünmez bir arkadaşının etrafındaki yörünge hareketinin gözlemlenmesiyle keşfedilmiştir. Arkadaşlarından birinin görünmez olduğu yakın ikili sistemler (yani birbirine çok yakın iki yıldızdan oluşan), kara delik arayan astrofizikçilerin favori gözlem nesneleridir.

Bir kara deliğin (veya nötron yıldızının) varlığının bir göstergesi, şematik olarak aşağıdaki gibi tanımlanabilecek karmaşık bir mekanizmanın neden olduğu güçlü X-ışınları emisyonudur. Güçlü yerçekimi sayesinde bir kara delik, yoldaş yıldızından maddeyi çekip çıkarabilir; bu gaz düz bir diske yayılır ve kara deliğin içine doğru spiral çizer. Düşen gaz parçacıkları arasındaki çarpışmalardan kaynaklanan sürtünme, diskin iç katmanlarını birkaç milyon dereceye kadar ısıtır ve bu da güçlü X-ışını radyasyonuna neden olur.

X-ışını gözlemleri

Galaksimizdeki ve komşu galaksilerdeki nesnelerin onlarca yıldır gerçekleştirilen X-ışını gözlemleri, yaklaşık bir düzine kadarı kara delik adaylarını içeren sistemler olan kompakt ikili kaynakların tespit edilmesini mümkün kılmıştır. Asıl sorun, görünmeyen bir gök cisminin kütlesinin belirlenmesidir. Kütle (çok kesin olmasa da), arkadaşın hareketi incelenerek veya çok daha zor olanı düşen malzemenin X-ışını radyasyonunun yoğunluğu ölçülerek bulunabilir. Bu yoğunluk, bu maddenin düştüğü cismin kütlesiyle bir denklemle ilişkilidir.

Nobel ödüllü

Birçok galaksinin çekirdeğinde gözlemlenen ve kara deliğe düşen gazın yörünge hızları ölçülerek kütleleri tahmin edilen süper kütleli kara delikler için de benzer şeyler söylenebilir. Bu durumda, çok büyük bir nesnenin güçlü çekim alanının neden olduğu, galaksilerin merkezinde yörüngede dönen gaz bulutlarının hızında hızlı bir artış, optik ışınların yanı sıra radyo aralığındaki gözlemlerle de tespit edilir. X-ışını aralığındaki gözlemler, kara deliğe düşen maddenin neden olduğu artan enerji salınımını doğrulayabilir. X-ışınları ile ilgili araştırmalar 1960'ların başında ABD'de çalışan İtalyan Riccardo Giacconi tarafından başlatıldı. 2002'deki Nobel Ödülü, "uzaydaki X-ışını kaynaklarının keşfine yol açan astrofizikteki öncü katkıları" olarak takdir edildi.

Cygnus X-1: ilk aday

Galaksimiz aday kara delik nesnelerinin varlığına karşı bağışık değildir. Neyse ki bu nesnelerin hiçbiri Dünya'nın veya güneş sisteminin varlığına tehdit oluşturacak kadar yakınımızda değil. Tanımlanmış çok sayıda kompakt X-ışını kaynağına rağmen (ve bunlar kara delik için en muhtemel adaylardır), bunların gerçekten kara delik içerdiğinden emin değiliz. Bu kaynaklar arasında alternatif bir versiyonu olmayan tek kişi, yakın ikili sistem Cygnus X-1'dir, yani Cygnus takımyıldızındaki en parlak X-ışını radyasyon kaynağıdır.

Büyük yıldızlar

Yörünge süresi 5,6 gün olan bu sistem, teleskobunuzla bile rahatlıkla görülebilen, büyük boyutlu (çapı Güneş'in 20 katı, kütlesi ise yaklaşık 30 kat daha büyük) çok parlak mavi bir yıldızdan oluşur. kütlesi birkaç güneş kütlesinde (10'a kadar) tahmin edilen görünmez ikinci yıldız. 6.500 ışıkyılı uzaklıkta bulunan ikinci yıldız, sıradan bir yıldız olsaydı mükemmel bir şekilde görülebilecekti. Görünmezliği, sistem tarafından üretilen güçlü X-ışını emisyonu ve son olarak kütle tahmini, çoğu gökbilimcinin bunun bir yıldız kara deliğinin doğrulanmış ilk keşfi olduğuna inanmasına neden oldu.

şüpheler

Ancak şüpheciler de var. Bunların arasında kara deliklerin en büyük araştırmacılarından biri olan fizikçi Stephen Hawking de var. Hatta Cygnus X-1 nesnesini kara delik olarak sınıflandırmanın ateşli bir destekçisi olan Amerikalı meslektaşı Keel Thorne ile bile iddiaya girdi.

Cygnus X-1 nesnesinin kimliğine ilişkin tartışma Hawking'in tek iddiası değil. Dokuz yılını kara deliklerin teorik çalışmalarına adadıktan sonra, bu gizemli nesneler hakkındaki önceki fikirlerinin yanlış olduğuna ikna oldu. Özellikle, bir kara deliğe düştükten sonra maddenin ve onunla birlikte her şeyin sonsuza dek yok olduğunu varsaydı. bilgi bagajı kaybolur. Bundan o kadar emindi ki 1997 yılında Amerikalı meslektaşı John Preskill ile bu konu üzerine iddiaya girdi.

Bir hatayı kabul etmek

21 Temmuz 2004'te Dublin'deki Görelilik Teorisi Kongresi'nde yaptığı konuşmada Hawking, Preskill'in haklı olduğunu itiraf etti. Kara delikler maddenin tamamen yok olmasına yol açmaz. Üstelik belli bir tür “hafızaları” var. Tükettiklerinin izlerini de içerebilirler. Böylece “buharlaşarak” (yani kuantum etkisi nedeniyle yavaş yavaş radyasyon yayarak) bu bilgiyi Evrenimize geri gönderebilirler.

Galaksideki kara delikler

Gökbilimcilerin hâlâ galaksimizdeki yıldız kara deliklerinin (ikili sistem Cygnus X-1'e ait olanlar gibi) varlığı konusunda birçok şüpheleri var; ancak süper kütleli kara delikler hakkında çok daha az şüphe var.

Merkezinde

Galaksimizde en az bir süper kütleli kara delik var. Yay A* olarak bilinen kaynağı, tam olarak Samanyolu düzleminin merkezinde yer almaktadır. Adı, Yay takımyıldızındaki en güçlü radyo kaynağı olmasıyla açıklanmaktadır. Galaktik sistemimizin hem geometrik hem de fiziksel merkezleri bu yöndedir. Yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıkta yer alan radyo dalgası kaynağı Sagittarius A* ile ilişkili süper kütleli kara delik, yaklaşık 4 milyon güneş kütlesi olarak tahmin edilen bir kütleye sahiptir ve hacmi, güneş sisteminin hacmiyle karşılaştırılabilecek bir alanda yer almaktadır. Bize göreli yakınlığı (bu süper kütleli kara delik şüphesiz Dünya'ya en yakın olanıdır), son yıllarda nesnenin Chandra uzay gözlemevi tarafından özellikle derinlemesine incelemeye tabi tutulmasına yol açtı. Özellikle bunun aynı zamanda güçlü bir X-ışını radyasyonu kaynağı olduğu (ancak aktif galaktik çekirdeklerdeki kaynaklar kadar güçlü olmadığı) ortaya çıktı. Yay A*, milyonlarca veya milyarlarca yıl önce Galaksimizin aktif çekirdeğinin hareketsiz bir kalıntısı olabilir.

İkinci kara delik mi?

Ancak bazı gökbilimciler Galaksimizde başka bir sürprizin daha olduğuna inanıyorlar. Bir grup genç yıldızı bir arada tutan ve onların Galaksinin merkezinde yer alan süper kütleli bir kara deliğe düşmelerini engelleyen, ortalama kütleli ikinci bir kara delikten bahsediyoruz. Nasıl olur da ondan bir ışık yılından daha kısa bir mesafede, ancak 10 milyon yaşında olan, yani astronomik standartlara göre çok genç bir yıldız kümesi olabilir? Araştırmacılara göre cevap, kümenin orada doğmadığı (merkezdeki kara deliğin etrafındaki ortam, yıldız oluşumu için fazla düşmanca), ancak içinde ikinci bir kara deliğin varlığı nedeniyle oraya "çekildiği". ortalama bir kütleye sahiptir.

Yörüngede

Kümedeki süper kütleli kara deliğin çektiği bireysel yıldızlar galaktik merkeze doğru kaymaya başladı. Ancak kümenin merkezinde yer alan ikinci bir kara deliğin çekim kuvveti sayesinde uzaya dağılmak yerine bir arada kalıyorlar. Bu kara deliğin kütlesi, bütün bir yıldız kümesini tasmayla tutma kabiliyetine dayanarak tahmin edilebilir. Orta büyüklükteki bir kara deliğin merkezi kara deliğin yörüngesindeki dönüşü yaklaşık 100 yıl sürüyor. Bu, uzun yıllar süren uzun vadeli gözlemlerin onu "görmemize" olanak sağlayacağı anlamına geliyor.

Kara delik, uzay ve zamanda yerçekimsel çekimin sonsuza doğru yöneldiği astronomik bir bölgedir. Kara delikten kaçmak için nesnelerin ışık hızından çok daha hızlı hızlara ulaşması gerekir. Ve bu imkânsız olduğundan, kara deliğin bulunduğu bölgeden ışığın kuantumları bile yayılmaz. Bütün bunlardan, kara delik bölgesinin gözlemciden ne kadar uzakta olursa olsun kesinlikle görünmez olduğu sonucu çıkıyor. Dolayısıyla kara deliklerin boyutunu ve kütlesini tespit etmek ve belirlemek ancak yanında bulunan nesnelerin durum ve davranışlarını analiz etmekle mümkün olabiliyor.

2001 yılında Teksas'ta düzenlenen 20. Görelilik Astrofizik Sempozyumu'nda gökbilimciler Carl Gebhardt ve John Kormendy, yakındaki kara deliklerin kütlelerinin pratik ölçümlerini yaparak gökbilimcilere kara deliklerin büyümesi hakkında bilgi edinme olanağı sağladı. Bu yöntem kullanılarak, o zamanlar bilinen 19 kara deliğe ek olarak 19 yeni kara delik yaratıldı. Bunların hepsi süper kütleli ve bir ila bir milyar güneş kütlesi arasında ağırlığa sahip. Galaksilerin merkezlerinde bulunurlar.

Kütle ölçüm yöntemi, galaksilerin merkezlerine yakın yıldızların ve gazların hareketinin gözlemlenmesine dayanmaktadır. Bu tür ölçümler ancak Hubble veya NuSTAR gibi uzay teleskoplarının sağlayabileceği yüksek uzaysal çözünürlükte gerçekleştirilebilmektedir. Yöntemin özü, kuasarların değişkenliğini ve deliğin etrafındaki büyük gazların dolaşımını analiz etmektir. Dönen gaz bulutlarının parlaklığı doğrudan kara deliğin X-ışınlarının enerjisine bağlıdır. Işığın kesin olarak tanımlanmış bir hızı olduğundan, gaz bulutlarının parlaklığındaki değişiklikler gözlemci tarafından merkezi radyasyon kaynağının parlaklığındaki değişiklikten daha sonra görülebilir. Zaman farkı kullanılarak gaz bulutlarının kara deliğin merkezine olan uzaklığı hesaplanır. Gaz bulutlarının dönüş hızıyla birlikte kara deliğin kütlesi de hesaplanır. Ancak bu yöntem belirsizlik içerir çünkü nihai sonucun doğruluğunu doğrulamanın bir yolu yoktur. Öte yandan bu yöntemle elde edilen veriler kara deliklerin kütleleri ile galaksilerin kütleleri arasındaki ilişkiye karşılık geliyor.

Einstein'ın çağdaşı Schwarzschild tarafından önerilen, bir kara deliğin kütlesini ölçmenin klasik yöntemi M=r*c^2/2G formülüyle tanımlanır; burada r, kara deliğin yerçekimsel yarıçapıdır ve c, ışığın hızıdır. , G yer çekimi sabitidir. Ancak bu, izole edilmiş, dönmeyen, yüklenmeyen ve buharlaşmayan bir kara deliğin kütlesini doğru bir şekilde tanımlıyor.

Kara deliklerin kütlelerini belirlemenin tamamen yeni bir yolu, bu da "ortalama" kara delikleri keşfetmeyi ve incelemeyi mümkün kıldı. Bu, bir kara deliğin kendisini çevreleyen diskten kütleyi absorbe etmesiyle oluşan madde püskürmelerinin (jetlerin) radyo girişim analizine dayanmaktadır. Jetlerin hızı ışık hızının yarısından daha yüksek olabilir. Ve bu hızlara çıkan kütle X-ışınları yaydığı için radyo interferometresi tarafından kaydedilebilir. Bu tür jetlerin matematiksel modelleme yöntemi, kara deliklerin ortalama kütlelerinin daha doğru değerlerinin elde edilmesini mümkün kılar.

Geçen yılın temmuz ayında, Toulouse Üniversitesi çalışanlarının önderlik ettiği bir grup bilim adamının bir makalesi Nature'da yayınlandı; grup ultra güçlü X-ışını kaynakları arıyordu; parlaklığı yıldız kütlesi için mümkün olan maksimum parlaklığı aşan nesneler. nesneler. Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) Newton X-ışını uzay teleskobundan elde edilen gözlemleri kullanan bilim insanları, galakside 300 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan ESO 243-29'u keşfettiler (Güneş'ten gelen ışığın Dünya'ya ulaşması 8 dakikadan biraz fazla sürerken, ve en yakınımızdan Güneş olmayan bir yıldız dört yıldan fazla bir süredir bize yaklaşıyor), çok parlak bir X-ışını kaynağı. Bu nesnenin maksimum parlaklığı 1.1.10 42 erg/s'dir; örneğin, X-ışını aralığında Güneş'in parlaklığından 260 milyon kat daha yüksektir. Kaynağa, "bir numaralı hiper güçlü X-ışını kaynağı" anlamına gelen HLX-1 (Hiper-Işıklı X-ışını kaynağı 1) adı verildi.

Parlaklık değerlendirmesi, bilim adamlarının bu nesnenin en az 500 güneş kütlesi ağırlığında bir kara delik olduğunu varsaymalarına olanak sağladı.

Şimdiye kadar gökbilimciler yalnızca iki tür kara deliğin kanıtını gözlemlemişti; bazıları süper kütleli, diğerleri ise yıldız kütleli.

Bunlardan biri, kütleleri yıldızların kütleleriyle (3-20 güneş kütlesi) karşılaştırılabilen kara deliklerdir. Bu delikler büyük yıldızların ömrünün sonunda ortaya çıkıyor ve gökbilimciler şu anda bu tür birkaç düzine nesneyi biliyor. Ancak çok daha fazla süper kütleli kara delik (kütlesi yaklaşık 10 9 güneş kütlesi veya daha fazla olan) biliniyor - sayıları zaten bini aştı. Bu, gökbilimcilerin bu tür delikleri nerede arayacaklarını bilmeleri gerçeğiyle kolayca açıklanabilir: bunlar galaksilerin çekirdeklerinde bulunur.

Oldukça yaygın bir teoriye göre süper kütleli kara delikler, daha küçük kütleli kara deliklerin birleşmesi sonucu oluşuyor. Ancak orta kütleli kara delikler hiçbir zaman keşfedilmedi ve bu yönde çalışan bilim adamlarının bugüne kadar birkaç önemsiz aday dışında övünecekleri bir şey olmadı.

Geçtiğimiz yıl boyunca bilim insanları yeni gözlemler yaparak HLX-1'in orta kütleli bir kara delik olduğuna dair varsayımlarını doğruladılar.

Araştırma sırasında bilim insanları, Şili'deki Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) VLT teleskopunda HLX-1'i gözlemledi. Optik gözlemleri kullanarak nesnenin tam mesafesini belirleyebildiler ve nesnenin "gerçekten bu galakside yer aldığını ve ne bir yıldız ne de bir arka plan kaynağı olduğunu" doğruladılar.

Makalenin baş yazarı Klaas Wiersema, "Önceki çalışmamızdan sonra, önerdiğimiz modelin gerçeklik açısından ne kadar doğru olduğunu gerçekten öğrenmek istedik" dedi. "Büyük teleskoplardan alınan görüntülerde, X-ışını nesnemizin bulunduğu yerde küçük bir optik kaynak gördük. VLT gözlemleri bu optik emisyonun HLX-1 ile ilişkili olduğunu doğruladı. Nesnenin tam mesafesini belirledik ve orada bir kara delik olduğunu doğruladık. Şimdi bu kaynağın X-ışınlarında neden bu kadar parlak parladığını ve daha büyük galaksiye nasıl ulaştığını öğrenmek istiyoruz."

Daha önce HLX-1 kadar parlak X-ışını kaynaklarının o kadar parlak olamayacağı düşünülüyordu çünkü kara deliğin yanından geçen ışığın çoğunu absorbe etmesi gerekiyordu.

Makalenin yazarlarından biri olan Sean Farrell, "500 ile 10.000 güneş kütlesi arasında orta kütleye sahip bir kara deliğin varlığı olmadan bu nesnenin fiziğini açıklamak çok zordur" diyor. "Dolayısıyla, ancak yalnızca şimdilik, HLX-1'in kaynağı uluslararası astronomi topluluğunun kontrolü dışındadır."

Bilim adamlarının gelecek planları arasında Hubble Uzay Teleskobu ile gözlemler ve HLX-1'e benzer başka kaynaklar bulma girişimi de yer alıyor.

Evrendeki kara delikler

Kara delik, büyük kozmik cisimlerin sınırsız yerçekimsel sıkıştırması (yerçekimi çökmesi) sırasında oluşan kozmik bir nesnedir. Bu nesnelerin varlığı genel görelilik teorisi tarafından öngörülmektedir. "Kara delik" terimi, 1968'de Amerikalı fizikçi John Wheeler tarafından çökmüş bir yıldızı tanımlamak için bilime tanıtıldı.

Kara delik, maddenin tamamen yerçekimsel çöküşü sonucu ortaya çıkan, yerçekimsel çekimin o kadar güçlü olduğu, ne maddenin, ne ışığın ne de diğer bilgi taşıyıcılarının onu terk edemeyeceği uzayda bir bölgedir. Bu nedenle, bir kara deliğin içi evrenin geri kalanıyla nedensel olarak bağlantılı değildir; Bir kara deliğin içinde meydana gelen fiziksel süreçler, onun dışındaki süreçleri etkileyemez. Kara delik, tek yönlü bir zar özelliğine sahip bir yüzeyle çevrilidir: madde ve radyasyon onun içinden kara deliğe serbestçe düşer, ancak oradan hiçbir şey kaçamaz. Bu yüzeye “olay ufku” adı veriliyor. Dünya'dan binlerce ışıkyılı uzaklıktaki kara deliklerin varlığına dair hâlâ yalnızca dolaylı işaretler mevcut olduğundan, bundan sonraki sunumumuz esas olarak teorik sonuçlara dayanmaktadır.

Gökbilimciler, kara deliklerin çok büyük doğmadıkları, ancak galaksilerdeki gaz ve yıldızlar pahasına yavaş yavaş büyüdükleri sonucuna vardılar. Veriler, dev kara deliklerin galaksilerin doğuşundan önce gelmediğini, onlarla birlikte evrimleşerek galaksinin merkez bölgesindeki yıldızların ve gazın kütlesinin belirli bir yüzdesini emdiğini gösteriyor. Bu, daha küçük galaksilerde kara deliklerin daha az kütleli olduğu ve kütlelerinin birkaç milyon güneş kütlesinden biraz daha fazla olduğu anlamına gelir. Dev galaksilerin merkezlerindeki kara delikler milyarlarca güneş kütlesi içerir. Mesele şu ki, kara deliğin son kütlesi galaksinin oluşumu sırasında oluşuyor. Bazı durumlarda, kara delikler yalnızca tek bir galaksiden gelen gazı tüketerek değil, aynı zamanda galaksileri birleştirerek kara deliklerin birleşmesine neden olarak da büyür.

Kara deliklerin oluşumu

Kara delikler, kütlesi 3 güneş kütlesinden fazla olan dev nötron yıldızlarının çökmesi sonucu oluşuyor. Sıkıştırıldığında yerçekimi alanları giderek daha yoğun hale gelir. Sonunda yıldız o kadar küçülür ki, ışık artık yerçekiminin üstesinden gelemez. Bir yıldızın kara delik olabilmesi için küçülmesi gereken yarıçapa kütleçekim yarıçapı denir. Büyük yıldızlar için bu, onlarca kilometredir. Kara delikler parlamadığından, onları yargılamanın tek yolu çekim alanlarının diğer cisimler üzerindeki etkisini gözlemlemektir. 10'dan fazla yakın X-ışını ikili yıldızında kara deliklerin varlığına dair dolaylı kanıtlar vardır. Bu, ilk olarak, bir X-ışını pulsarının veya bir X-ışını patlamasının katı yüzey karakteristiğinin bilinen belirtilerinin bulunmaması ve ikinci olarak, ikili sistemin görünmez bileşeninin büyük kütlesi (3'ten fazla) tarafından desteklenmektedir. güneş kütleleri). Kara delikler için en olası adaylardan biri, Kuğu takımyıldızı - Kuğu X-1'deki en parlak X-ışını kaynağıdır.

Modern kavramlara göre kara deliğin oluşumu için dört senaryo vardır:

1. Oldukça büyük bir yıldızın (3,6 güneş kütlesinden fazla) evriminin son aşamasında yerçekimsel çöküşü (yıkıcı sıkışma).

2. Galaksinin orta kısmının veya progalaktik gazın çökmesi. Mevcut fikirler, sarmal ve eliptik gökadaların hepsinin olmasa da çoğunun merkezine devasa bir kara delik yerleştirmektedir. Örneğin 3. 3. 3. Galaksimizin merkezinde 4.31x10 6 M kütleli Sagittarius A* kara deliği vardır ve çevresinde daha küçük bir kara delik dönmektedir.

4. Büyük Patlama anında, çekim alanının ve/veya maddenin dalgalanmaları sonucu kara deliklerin oluşması. Bu tür kara deliklere ilkel denir.

Kara deliklerin evrimi

Bilim adamlarının iki farklı kara delik sınıfının varlığına dair güçlü kanıtları var: Birincisi, yıldız kütleleri Güneş'in yaklaşık 10 katı olan kara delikler, ikincisi ise galaksilerin merkezinde yer alan ve yüzlerce ila yüzlerce arasında değişen kütlelere sahip süper kütleli kara delikler. binlerce ila milyarlarca güneş kütlesi. Peki orta kütleli kara deliklerin nasıl oluştuğu ve var olduğu bir sır olarak kalıyor? Orta kütleleri 100 ila 10.000 güneş kütlesi arasında olan sözde kara deliklerden bahsediyoruz.

Bu nesnelerin kökenine dair kanıtlar tartışmalı olmaya devam ediyor. Şu ana kadar tek bir galakside böyle birden fazla kara delik keşfedilmedi. Ancak bir araştırma ekibi, X-ışını verilerini inceleyerek, Dünya'dan yaklaşık 12 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan M82 galaksisinde iki orta kütleli kara delik buldu.

M82'deki kara deliklerin yaydığı radyasyonun özelliklerine dayanarak araştırmacılar, kara deliklerden birinin kütlesinin 12 ila 43 bin güneş kütlesi, ikincisinin kütlesinin ise 200 ila 800 güneş kütlesi arasında değiştiği sonucuna vardı. İlk nesne M82 galaksisinin merkezinden 290 ışıkyılı uzaklıkta bulunuyor. İkinci nesne galaksinin merkezinden 600 ışıkyılı uzaklıkta yer alıyor.

Çin'deki Tsinghua Üniversitesi'nden araştırmacılardan Hua Feng, "İlk kez aynı galakside iki orta kütleli kara delik keşfedildi" dedi ve şöyle devam etti: "Bunların galaksinin merkezine yakın konumları, kökenleri hakkında bilgi içerebilir. Çoğu galaksinin merkezinde bulunan süper kütleli kara delikler gibi Evrendeki en büyük kara deliklerden biridir."

Süper kütleli kara deliklerin oluşumuna yönelik olası bir mekanizma, yıldızlar ve kompakt yıldız kümeleri arasındaki çarpışmaların zincirleme reaksiyonudur; bu, çok büyük nesnelerin birikmesine yol açar ve bunlar daha sonra orta kütleli kara deliklere dönüşür. Daha sonra ara kara delikler galaksinin merkezine çekilir ve galaksinin merkezindeki süper kütleli kara delikle birleşir.

Iowa Eyalet Üniversitesi'nden Phil Caret, "M82'deki benzer kara delik oluşum sürecinin bu teoriyi destekleyip desteklemediğinden emin olamayız, ancak bu orta büyüklükteki kara deliklerin her ikisinin de yıldız kümelerinin yakınında bulunduğunu biliyoruz" dedi. Makalenin yazarlarından biri şöyle diyor: "Ayrıca M82, çok sayıda yıldızın varlığıyla koşulların erken Evren'dekine benzer olduğu bize en yakın galaksidir."

Şimdiye kadar gökbilimciler aynı galakside iki orta kütleli kara deliğin bulunup bulunamayacağını kesin olarak bilmiyorlardı. Belki de keşif, galaksilerdeki süper kütleli kara deliklerin oluşum ve evrim süreçlerine ışık tutacaktır.

Kara delik türleri

Yıldız kütlelerinin kara delikleri. Yıldız kütleli kara delikler, bir yıldızın ömrünün son aşaması olarak oluşur; termonükleer yakıt tamamen yandıktan ve reaksiyon durduktan sonra yıldızın teorik olarak soğumaya başlaması gerekir, bu da iç basıncın azalmasına ve yıldızın yerçekiminin etkisi altında sıkışması. Sıkıştırma belli bir aşamada durabilir veya hızlı bir şekilde yerçekimsel çöküşe dönüşebilir. Yıldızın kütlesine ve açısal momentumuna bağlı olarak aşağıdaki son durumlar mümkündür:

Kütlesine bağlı olarak öncelikle helyum, karbon, oksijen, neon, magnezyum, silikon veya demirden oluşan soyu tükenmiş, çok yoğun bir yıldız (ana elementler, kalan yıldızın artan kütlesine göre listelenmiştir). Bu tür kalıntılara beyaz cüceler denir ve bunların kütleleri yukarıda Chandrasekhar sınırıyla sınırlıdır.

Kütlesi Oppenheimer-Volkov sınırıyla sınırlı olan bir nötron yıldızı.

Kara delik.

Yıldız kalıntısının kütlesi arttıkça, denge konfigürasyonu tarif edilen sıra boyunca aşağı doğru hareket eder. Tork, her aşamada maksimum kütleyi arttırır, ancak niteliksel olarak değil niceliksel olarak (maksimum 2-3 kat).

Yıldız evriminin son durumunun bir kara delik olduğu koşullar (çoğunlukla kütle), yeterince iyi incelenmemiştir, çünkü bu, deneysel çalışmaya erişilemeyen son derece yüksek yoğunluklardaki maddenin davranışı ve durumları hakkında bilgi gerektirir. Yıldızların evrimlerinin son aşamalarında modellenmesi, ortaya çıkan kimyasal bileşimin karmaşıklığı ve süreçlerin karakteristik sürelerindeki keskin azalma nedeniyle ek zorluklar ortaya çıkarmaktadır. En büyük kozmik felaketlerden bazılarının (süpernova patlamaları) tam olarak yıldız evriminin bu aşamalarında meydana geldiğini belirtmek yeterli olacaktır. Çeşitli modeller, 2,5 ila 5,6 güneş kütlesindeki yerçekimsel çöküşten kaynaklanan kara deliğin kütlesine ilişkin daha düşük bir tahmin veriyor. Kara deliğin yarıçapı çok küçük - onlarca kilometre.

Daha sonra, kara delik, maddenin emilmesi nedeniyle büyüyebilir - kural olarak, bu, ikili yıldız sistemlerindeki komşu bir yıldızın gazıdır (küçük çapından dolayı bir kara deliğin başka herhangi bir astronomik nesneyle çarpışması pek olası değildir) ). Kara delik de dahil olmak üzere herhangi bir kompakt astrofiziksel nesnenin üzerine gaz düşme sürecine birikim adı verilir. Bu durumda, gazın dönmesi nedeniyle, maddenin göreceli hızlara hızlandığı, ısındığı ve sonuç olarak X-ışını aralığı da dahil olmak üzere güçlü bir şekilde yayıldığı bir birikim diski oluşur, bu da bunu mümkün kılar prensipte bu tür birikim disklerini (ve dolayısıyla kara delikleri) ultraviyole ve X-ışını teleskoplarını kullanarak tespit etmek. Asıl sorun, nötron yıldızlarının ve kara deliklerin birikim diskleri arasındaki farkların küçüklüğü ve kaydedilmesinin zorluğudur, bu da astronomik nesnelerin kara delikli olarak tanımlanmasında belirsizliğe yol açmaktadır. Temel fark, tüm nesnelerin üzerine düşen gazın er ya da geç katı bir yüzeyle karşılaşmasıdır, bu da frenleme sırasında yoğun radyasyona neden olur, ancak kara deliğin üzerine düşen bir gaz bulutu, sınırsız artan yerçekimi zaman genişlemesi (kırmızıya kayma) nedeniyle basitçe kaybolur. Cygnus X-1 kaynağı örneğinde Hubble teleskobuyla gözlemlendiği gibi, olay ufkuna yaklaştıkça hızla yaklaşıyor.

Kara deliklerin diğer yıldızlarla çarpışması ve nötron yıldızlarının kara delik oluşumuna neden olan çarpışması, önümüzdeki yıllarda yerçekimsel teleskoplar kullanılarak tespit edilmesi beklenen güçlü yerçekimsel radyasyona yol açmaktadır. Şu anda, X-ışını aralığında çarpışmaların gözlemlendiğine dair raporlar var. 25 Ağustos 2011'de, bilim tarihinde ilk kez bir grup Japon ve Amerikalı uzmanın Mart 2011'de bir kara delik tarafından yutulan bir yıldızın ölüm anını kaydedebildiğine dair bir mesaj ortaya çıktı.

Süper kütleli kara delikler. Modern fikirlere göre aşırı büyümüş çok büyük kara delikler çoğu galaksinin çekirdeğini oluşturur. Bunlar arasında galaksimizin merkezindeki devasa kara delik de yer alıyor - Yay A

Şu anda, yıldız ve galaktik ölçekte kara deliklerin varlığının çoğu bilim insanı tarafından astronomik gözlemlerle güvenilir bir şekilde kanıtlandığı düşünülmektedir.

Amerikalı gökbilimciler süper kütleli kara deliklerin kütlelerinin önemli ölçüde hafife alınabileceğini buldular. Araştırmacılar, şu anda gözlemlenen M87 galaksisinde (Dünya'dan 50 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan) yıldızların hareket edebilmesi için, merkezi kara deliğin kütlesinin en az 6,4 milyar güneş kütlesi, yani iki katı olması gerektiğini buldu. M87'nin çekirdeğinin şu anki tahmini 3 milyar güneş kütlesidir.

Galaktik çekirdekteki bir kara delik için yerçekimi yarıçapı 3 10 15 cm = 200 AU'dur. Yani Güneş'ten Plüton'a olan mesafenin beş katı. Kritik yoğunluk 0,2 x 10 -3 g/cm³ olup, havanın yoğunluğundan birkaç kat daha azdır.

İlkel kara deliklerşu anda bir hipotez statüsündedir. Evrenin yaşamının ilk anlarında, yerçekimi alanının tekdüzeliğinden ve madde yoğunluğundan yeterli sapmalar varsa, o zaman onlardan çöküş yoluyla kara delikler oluşabilir. Üstelik kütleleri yıldız çöküşünde olduğu gibi aşağıdan sınırlı değildir; kütleleri muhtemelen oldukça küçük olabilir. İlkel kara deliklerin keşfi, kara delik buharlaşması olgusunun çalışılma olasılığı nedeniyle özellikle ilgi çekicidir.

Kuantum kara delikleri. Kuantum kara delikleri olarak adlandırılan kararlı mikroskobik kara deliklerin nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak ortaya çıkabileceği varsayılmaktadır. Bu tür nesnelerin matematiksel bir açıklaması için kuantum yerçekimi teorisine ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, genel değerlendirmelerden yola çıkarak, kara deliklerin kütle spektrumunun ayrık olması ve minimal bir kara deliğin, yani Planck kara deliğinin var olması çok muhtemeldir. Kütlesi yaklaşık 10 −5 g, yarıçapı 10 −35 m'dir. Planck kara deliğinin Compton dalga boyu, kütleçekim yarıçapına eşit büyüklüktedir.

Kuantum kara delikleri mevcut olsa bile ömürleri son derece kısadır ve bu da onların doğrudan tespit edilmesini oldukça sorunlu hale getirir.

Son zamanlarda nükleer reaksiyonlardaki kara deliklerin kanıtlarını tespit etmek için deneyler önerildi. Bununla birlikte, bir hızlandırıcıdaki bir kara deliğin doğrudan sentezi için, bugün ulaşılamayan 10 · 26 eV'lik bir enerji gereklidir. Görünen o ki, ultra yüksek enerjili reaksiyonlarda sanal ara kara delikler ortaya çıkabiliyor.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısında toplam 7 TeV enerjiye sahip proton-proton çarpışmaları üzerinde yapılan deneyler, bu enerjinin mikroskobik kara delikler oluşturmaya yetmediğini gösterdi. Bu verilere dayanarak mikroskobik kara deliklerin spesifik uygulamaya bağlı olarak 3,5–4,5 TeV'den daha ağır olması gerektiği sonucuna varılmıştır.