Tuhaf Kara Delikler Evrenin Başlangıcının Sırlarını Barındırıyor Olabilir!

Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara delik; etrafındaki neredeyse her şeyi yutan, yuttukça daha da büyüyen bir canavar gibi ve yalnız da değil. Binlerce, milyonlarca ve hatta milyarlarca güneş ağırlığındaki kara delikler neredeyse bilinen tüm büyük galaksilerin merkezinde yer alıyor.

On yıllardır bilim insanları bu tür devleri bulabilecekleri tek yerin galaksi merkezleri olduğunu düşünüyorlardı, çünkü sadece büyük galaksiler canavarların iştahlarını besleyecek kadar maddeye sahipti. Fakat yaklaşık yirmi yıl önce, bilgisayar simülasyonları bu en eski kara delikler hakkında bazı tuhaflıkları ortaya çıkardı: Olması gereken yerde olmayan kara delikler vardı! O zamanlar pek çok bilim insanı bu tuhaflıkların tesadüfi olması gerektiğini düşünerek sonuçları reddetti.

Ancak bazı astrofizikçiler bu tuhaflıkların bir kenara atılması gerektiğinden o kadar da emin değildi. Şayet gözlemler bu olağandışı kara deliklerin yakın evrende de var olduğunu gösterirse, bunun evrenin bebeklik ve ergenlik dönemlerine dair keşfedilmemiş ipuçlarına ışık tutabileceğini düşünüyorlardı. New York’taki Queensborough Community College’dan teorik astrofizikçi Jillian Bellovary, bu konuda şöyle söylüyor:

Tuhaf bir şekilde, bize çok yakın olan şeylere bakarak evrenin başlangıcını öğrenebiliriz.

Bu düşünce yıllarca sadece bir fikir olarak kaldı. Ancak şimdi, bu uyumsuz kara deliklerin varlığını görmezden gelmek o kadar da kolay değil. Gökbilimciler evrenin en küçük galaksilerinde beklenmedik büyüklükte bir dizi kara deliğin izine rastladılar ve şaşırtıcı bir şekilde, bu kara deliklerden bazıları galaksilerinin merkezlerinde oturmuyor gibi görünüyor. Daha da ilginci, gökbilimciler galaksilerinin kenarlarında dolaşan ve nadiren de olsa yuvalarından galaksiler arası uzaya fırlatılan kara deliklere dair kanıtlar tespit ettiler.

Belki de bu kara delikler yalnızca kozmik uyumsuzluklar değil, evrenimizin öyküsündeki en büyük oyuncular. Eğer öyleyse, astrofiziğin en büyük gizemlerinden biri olan bugün gördüğümüz kozmik canavarların nasıl ortaya çıktığı sorusunu yanıtlayabilirler. Arizona Üniversitesi’nde kozmolog olan Xiaohui Fan, bu konuda şunları söylüyor:

Kara deliklerin ne yaptığını anlamadan galaksi evrimini anlayamazsınız.

Cüce Galaksilerin Devasa Kara Delikleri Olabilir!

Kara deliklerin nasıl bu kadar büyüdüğüne dair mevcut kozmolojik anlayışımız şu şekilde: Galaksiler kozmik zaman içinde büyüdükçe, çarpıştıkça ve birleştikçe yeni yıldızlar, gaz ve toz yığınları toplarlar. Galaksilerin merkezlerindeki kara delikler, birbirleriyle birleştikçe ve yeni aldıkları maddelerle beslendikçe balon gibi şişerek büyürler. Kabaca bir tahminle süper kütleli bir kara deliğin ağırlığı kendi galaksisinin kütlesinin yaklaşık binde biri kadardır.

Bu senaryoya göre, cüce galaksiler olarak adlandırılan evrenin en küçük galaksileri muhtemelen geçmişte çok fazla birleşme yaşamamışlardır. Samanyolu’nun kütlesinin sadece milyonda biri kadar kütleye sahip olan bu galaksilerin nispeten seyrek kara deliklere sahip olması ya da hiç kara delikleri olmaması gerekir.

Ancak 2000’li yılların sonlarında Sorbonne Üniversitesi Paris Astrofizik Enstitüsü’nden astrofizikçi Marta Volonteri, büyük kütleli kara deliklerin doğumundan bugüne evrimini takip eden bilgisayar simülasyonlarının yürütülmesine yardımcı oldu. Bu çalışmalara göre en küçük galaksiler bile şaşırtıcı derecede büyük kara deliklere sahip olabiliyordu. Zaman geçtikçe bu galaksilerden bazıları hiç büyümedi ya da diğerleriyle birleşmedi ve milyarlarca yıllık kozmik evrimden sonra bozulmadan kaldılar.

Volonteri ve meslektaşlarının aklına çılgınca bir fikir geldi: Bu galaksiler ve kara delikleri evrenin doğuşunun kalıntıları olabilirdi! Eğer cüce galaksilerde büyük kara delikler varsa ve astronomlar bunları bulabilirse, bu kara delikler ilk kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair eşi benzeri görülmemiş bir anlayış sunabilirdi.

Böyle kara deliklerin var olduklarına dair ilk ipuçları gökbilimci Amy Reines’in tesadüfi bir bulgusuyla ortaya çıktı. Reines on yıldan uzun bir süre önce, Charlottesville’deki Virginia Üniversitesi’nde yüksek lisans yaparken Dünya’dan 30 milyon ışık yılı uzaklıktaki bir cüce galaksinin teleskop verilerini inceliyordu. Galaksi yıldızlarla dolup taşıyordu ve Reines bu sıcak gaz toplarının nasıl doğduğu hakkında daha fazla bilgi edinmeye çalışıyordu.

Başlangıçta Reines, Henize 2-10 adı verilen galaksinin radyo ve yakın kızılötesi ışık dalga boylarındaki verilerine baktı. Yeni birleşmekte olan yıldızları saran iki gaz topunu birbirine bağlayan yaklaşık 300 ışık yılı uzunluğunda bir gaz köprüsü tespit etti. Verilere daha derinlemesine baktığında ise köprünün tam ortasındaki aşırı radyo emisyonları ve aynı noktadan gelen parlak X-ışınları, bir milyon güneş kütlesine sahip devasa bir kara deliğin işaretlerini ortaya çıkardı.

Science News

Reines daha önce böyle bir şey görmediğini söylüyor. O da cüce galaksilerin büyük kara deliklere sahip olmaması gerektiğini düşünüyordu. Birkaç ay sonra Seattle’da 2011 Amerikan Astronomi Derneği toplantısında bir konuşmaya katılana kadar da kendi yorumuna şüpheyle yaklaşmaya devam etmişti. O zamanlar Ann Arbor’daki Michigan Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan ve Volonteri ile birlikte çalışan Bellovary, konferansta galaksi oluşumunun yeni simülasyonlarını sundu. Bellovary, çeşitli kütlelere ve geçmişlere sahip galaksilerin oluşumunu anlattı ve sonuçların büyük kütleli kara deliklerin evrene nasıl dağıldığına dair nasıl tahminler oluşturabileceğinden bahsetti.Volonteri’nin daha önceki çalışmasında olduğu gibi Bellovary’nin simülasyonları da büyük kara delikleri barındıranların sadece büyük galaksiler olmadığını, cılız galaksilerin de bunlara sahip olabileceğini öne sürüyordu.

Aynı toplantıdaki bir oturumda Reines, cüce galaksi Henize 2-10’u ve onun alışılmadık derecede büyük kara deliğini keşfettiğini vurguladı. Birbirinin etrafında dönen ve sonra çarpışan iki kara delik durumunda olduğu gibi, beklenmedik bilgisayar simülasyonları beklenmedik gerçek dünya gözlemleriyle uyuşuyordu.

Fan, bu birleşik çalışmanın sadece büyük galaksilerin değil belki de galaksilerin çoğunun büyük kara deliklere sahip olduğunu gösterdiğini söylüyor. Bu da kara deliklerin ve galaksilerin birlikte nasıl büyüdüklerine dair pek çok yeni soruyu gündeme getiriyor.

Bellovary’nin konuşmasını dinledikten ve kendi bulgularını yayınladıktan sonra Reines, araştırma odağını yıldızların doğumundan büyük kara delikleri bulmaya kaydırdı. Cüce galaksilerdeki kara delikleri aramak için bir çalışma başlattı. Diğer gökbilimciler gibi o da gökyüzünü, galaksilerin merkezlerindeki kara delikleri besleyen aktif galaktik çekirdekleri taramaya karar verdi. Kara deliklerin buralarda olması gerektiğini düşünüyordu.

Reines, Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması verilerini tarayarak merkezi kara deliklerin görünür ışık imzalarını aradı. O ve meslektaşlarının 2013 yılında bildirdiğine göre, analizindeki yaklaşık 25.000 cüce galaksiden 151’i büyük bir kara delik barındırıyor gibi görünüyordu.

Volonteri sonuçların kendisini çok sevindirdiğini söylüyor. Bu sonuçlar, cüce galaksilerin gerçekten büyük kara deliklere sahip olabileceği ve muhtemelen bu kara deliklerin bize ilk kara delikler hakkında bir şeyler söyleyebileceği yönündeki çılgın fikrini doğruladı.

Cüce galaksilerin kara deliklerinin kütlelerinde önemli bir ipucu saklı olabilir. İlk kara deliklerin nasıl oluştuğuna dair önde gelen iki fikir, farklı kütlelerde kara deliklerin oluşumuna işaret ediyor. Fikirlerden biri, bu kara deliklerin ilk yıldızların patlamasıyla oluştuğunu ve nispeten hafif olma eğiliminde olacağını varsayıyor. Diğer fikir ise ilk kara deliklerin dev gaz bulutlarının doğrudan çökmesiyle oluştuğunu ve daha ağır olacağını öne sürüyor. Eğer gaz bulutu fikri doğruysa, evrenin ilk zamanlarındaki kara deliklerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğü de açıklanmış olacak. Bellovary, evrenin tarihi bir saatle gösterilse bu canavarların oluşması için sadece saniyelerin yeterli olacağını belirtiyor.

Eğer cüce galaksilerdeki büyük kara delikler gerçekten de evrenin erken dönemlerinden kalma antik kalıntılarsa, kütleleri ilk kara deliklerin kütlelerine benzer olmalı. Bu varsayım doğruysa bugün gördüğümüz en ağır kara deliklerin nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olabilir.

Gezgin Kara Delikler Bize Kozmik İpuçları Sunabilir!

Neyse ki, erken kara deliklerin kütlelerine dair bir ipucu elde etmenin başka bir yolu daha var. Bu da büyük ölçüde başka bir tuhaflık türüne dayanıyor: Cüce galaksilerin tam merkezinde yer almayan büyük kara delikler.

Bellovary 2011 yılında simülasyonlarını paylaştığında, cüce galaksilerdeki büyük kara delikler fikri tek sürpriz değildi. Bellovary’nin çalışması aynı zamanda bazı kara deliklerin galaktik merkezlerinden sapacağını, çekirdeklerine düşmeyi başaramadıktan sonra cücelerin kenarlarında dolaşacaklarını öngörüyordu. Bellovary, bu çalışma hakkında şunları söylüyor:

Her zaman aykırıları, garip bulunanları ya da uyumsuzları düşünmeyi severim.

Simülasyonlarını en küçük galaksilere yakınlaştırarak yeniden çalıştırmayı seçme nedeni de bu olabilir. Bunu yaptığında, cüce galaksilerdeki büyük kara deliklerin yarısının merkezin dışında olması gerektiğini buldu ve 2019’un başlarında bu bulgusunu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society‘de yayımladı.

Reines, birkaç ay sonra Bellovary’nin simülasyonlarını destekleyen gözlemlerle geldi. Reines ve meslektaşları, New Mexico’daki Çok Büyük Radyo Teleskop Dizisi’ni kullanarak, 13’ü büyük olasılıkla büyük kara deliklere sahip 111 cüce galaksiden gelen emisyonlara baktılar. Bu 13 büyük kara delikten birkaçı galaksilerinin çekirdeklerinden merkezden uzakta oturuyor gibi görünüyordu.

Gezgin kara delikleri bulmak büyük bir başarıydı. Volonteri, bir kara delik gezinmeye başladığında kütle artışının duracağına dikkat çekiyor. En düşük kütleli gezginler, ilk kara deliklerin başlangıç kütlesiyle kabaca eşleşmeli, bu da onları daha sonra süper kütleli kara deliklere dönüşecek olan tohumlar için iyi bir örnek haline getiriyor.

Ne yazık ki gezginlerin kütlesini anlamak, galaksilerinin çekirdeğinde oturan kara deliklerin kütlesini anlamaktan daha da zor. Araştırmacılar bunun yerine ipuçları bulmak için bu gezginlerin toplam sayılarına bakıyorlar. Eğer en eski kara delikler -bugünün süper kütleli kara deliklerinin tohumları- galaksilere akan devasa gaz bulutlarının doğrudan çökmesiyle oluştuysa, o zaman gezginlerin cüce galaksilerde çok yaygın olmaması gerekir. Volonteri bunun nedenini, bir gaz bulutunun kütlesini büyük bir kara deliğe dönüştürmenin zor olması ve bu nedenle nadir görülen bir olgu olmasının beklenmesi olarak açıklıyor. Buna karşın erken kara delikleri oluşturmanın daha kolay bir yolu olan ilk yıldızların patlaması fikri doğruysa çok daha fazla gezgin kara delik bulunmalı.

Bilim insanlarının şu anda üzerinde düşündüğü bir başka olası senaryo da yoğun galaksi çekirdeklerindeki erken yıldızların veya kara deliklerin birleşmelerinin süper kütleli kara deliklerin tohumlarını oluşturup oluşturamayacağı. Bu süreç de çok sayıda gezgine yol açacak olsa da bu kara delikler yıldız patlamalarından oluşan kara deliklerden biraz daha büyük olacaktır.

Gezginlerin işaretleri ortaya çıkmaya devam ettiği için, araştırmacılar doğrudan çökme fikrinden uzaklaşıyorlar. Ancak Cambridge’deki Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden Angelo Ricarte, büyük kara deliklerin nasıl oluştuğunu daha iyi anlamak için araştırmacıların sadece yakın evrende değil, zamanda daha da geriye giderek eski gezgin kara delikleri incelemeleri gerektiğini söylüyor. Şu anda gördüğümüz kara deliklerin o zamankilere benzeyip benzemediğini bilmemiz gerekiyor; çünkü evrenin erken dönemlerindeki ortam çok farklıydı.

Başıboş Kara Delikler Gerçek mi?

Büyük galaksilerin de gezginleri var gibi görünüyor, bazıları ana galaksileri boyunca cüce galaksilerdeki gezginlerin 10 katı hızla ilerliyor.

Ancak bilim insanları bu başıboş kara deliklerin gerçek olup olmadığından tam olarak emin değiller. Bir tanesi 2003 yılında Volonteri’nin simülasyonlarında ortaya çıktığında, bilim insanları bunu görmezden geldiler. Ancak daha sonra başıboşlar Bellovary’nin simülasyonlarında tekrar ortaya çıktı fakat şüphecilikle karşılandı. Bu şüphe, gökbilimciler aday başıboşlardan gelen parlak, gösterişli X-ışını sinyallerini duyurduklarında bile devam etti.

Birkaç yıl önce bir Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü ve diğer gözlemevlerinden elde edilen veriler, bir milyar güneş kütlesine sahip bir kara deliğin galaksisinin kenarına fırlatıldığına dair kanıtlar sundu. Ve bu yılın başlarında, Hubble ve Keck Gözlemevi’nden gelen görüntüler, süper kütleli kara deliklerin üçlü bir etkileşim içinde olma olasılığını ortaya çıkardı. Bunlardan biri o kadar büyük bir enerjiye sahipti ki galaksiler arası uzaya fırlatıldı. Ancak farklı bir grup araştırmacı, bazı bilim insanlarının “başıboş kara delik” olarak adlandırdıkları şeyin bir galaksi olabileceğini öne sürüyor.

Science News

Volonteri, astronomların öne sürdüğü diğer tuhaf kara deliklerle birlikte her bir başıboş adayı izlemeye devam ediyor. Hepsinin bir şekilde süper kütleli kara deliklerin tarihine ilişkin anlayışımıza uyması gerektiğini söylüyor. Ve bir kez daha, gözlemlerde ne sıklıkla ortaya çıktıkları, resmin tamamına dair ipuçları sağlayabilir.

Eğer gözlemler yavaş hareket eden gezginlerin bol olduğunu gösteriyorsa, o zaman gerçekten büyük kara deliklerin çarpışmaları ve birleşmeleri muhtemelen nadirdir. Yavaş hareket eden gezginler diğer kara deliklerle etkileşime girmemiş ve bu nedenle etraflarındaki yıldızlara göre ekstra hız kazanmamışlardır. Evrenin bize anlatmak istediği hikâye, bugün gördüğümüz süper kütleli kara deliklerin tekrarlanan birleşmelerle büyümediğidir. Ancak Volonteri, galaksilerinin merkezlerinden uzak kenarlara doğru fırlatılan çok sayıda süper kütleli kara delik varsa birleşmeler gibi kara delik etkileşimlerinin yaygın olması gerektiğini söylüyor.

Cüce galaksilerdeki birkaç düzine aday tuhaf nokta ve sadece birkaç uzak başıboş aday tespit edildiğinden, elimizdeki resim henüz net değil. Fan’a göre kozmik evrimi anlamak için galaksilerin “karanlık bölümünün” doğuşu ve evrimini iyi anlamak gerekiyor.

Garipliklere dair daha fazla gözlemsel kanıt işimize yarayabilir ve her geçen gün daha fazla gökbilimci bu arayışa katılıyor. 2021 yılında, Salt Lake City’deki Utah Üniversitesi’nden Reines ve Mallory Molina’nın da aralarında bulunduğu bir ekip, cücelerdeki büyük kara deliklerin işaretlerini, özellikle de devlerin gaz ve tozla beslenip beslenmediğini tespit etmenin yeni bir yolunu bildirdi. Teknik, cücelerde alışılmadık bir demir türünün yaydığı kırmızı bir parıltıyı arıyor. Dartmouth’tan bir ekip ise geçen yıl çok yüksek enerjili X-ışınlarının karanlık devleri ortaya çıkarabileceğini bildirdi.

Gelecekte kurulacak gözlemevleri de bu ava yardımcı olabilir. Şili’de bulunan ve önümüzdeki yıl faaliyete geçmesi planlanan Vera C. Rubin Gözlemevi, gezginleri bulmak için gökyüzünü tarayabilir. Bir radyo gözlemevi olan yeni nesil Very Large Array ise cüce galaksilerdeki kara deliklerin izlerini tespit edebilecek kadar hassas olacak.

Çok büyük kütleli kara deliklerin çarpışmalarını tespit etmeyi amaçlayan Lazer İnterferometre Uzay Anteni ya da LISA ve Einstein Teleskobu bir gün dehşet verici kara delik etkileşimlerinin ne kadar yaygın olduğuna dair ipuçları sunabilir.

Neler olacağını zaman ve yeni teknolojiler gösterecek. Şimdilik tuhaf kara delikler hayal gücümüzü harekete geçiriyor, bizi büyük sorular sormaya ve kozmik tarihi daha derinlemesine anlamaya yönelik yeni kanıtlar ortaya çıkarmaya teşvik ediyor. Her bir bulgu karşısında insan “Orada başka neler gizli?” diye merak etmeden duramıyor.

Bellovary; belki de henüz keşfedilmemiş, bizi evrenin ilk zamanlarına bağlayabilecek ve kozmik kökenlerimizi ortaya çıkarabilecek başka tuhaflıklar da olabileceğini söylüyor. Fakat sadece bu uyumsuzların ve onların hikâyelerinin peşinden gitmeye gerçekten istekli olursak bu bilgilere erişebiliriz.