Kara delikler: M87'nin çalkantılı ortamı*

Süper kütleli kara delik M87*'nin etrafındaki manyetik alan tamamen tersine döndü. Simülasyonlar bu tür aşırı koşulların anlaşılmasına yardımcı olur.

Messier 87 galaksisinin merkezindeki süper kütleli kara delik beklenenden farklı davranıyor. Olay Ufku Teleskobu'ndan (EHT) yapılan yeni gözlemler, kara deliğin yakın çevresindeki manyetik alanların yalnızca dört yıl içinde tamamen tersine döndüğünü gösteriyor.

Aynı zamanda araştırmacılar ilk kez bu kozmik devden çıkan devasa jetin tabanını yakalamayı başardılar.

Gökbilimcilerin M87* dediği kara delik, Dünya'dan yaklaşık 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta ve Güneş'in kütlesinin altı milyar katı ağırlığındadır. Dünya boyutunda bir gözlemevi olarak işlev gören küresel bir radyo teleskop ağı olan Event Horizon Telescope, 2017, 2018 ve 2021'de M87*'yi gözlemledi.

Manyetik alan dönüyor

Kara deliğin etrafındaki sıcak plazmadan yayılan polarize ışık dalgalarının analizi şaşırtıcı bir gelişmeyi ortaya çıkardı. Astronomide polarizasyon, uzaydaki manyetik alanların yapısı ve yoğunluğu hakkında bilgi sağlar. 2017 yılında manyetik alanların saat yönünde spiraller halinde yoğunlaştığı görüldü. Bir yıl sonra istikrara kavuştular ve 2021'de saat yönünün tersine döndüler.

Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden gökbilimci Paul Tiede, olay ufku yakınında dönen mıknatıslanmış plazmanın statik olmaktan çok uzak olduğu sonucuna varıyor: “Dinamik ve karmaşıktır, teorik modellerimizin sınırlarını zorlamaktadır.”

Manyetik alanların tersine çevrilmesi, bilim adamlarının bir kara deliğin ekstrem ortamında bu kadar dramatik bir değişimi ilk kez gözlemlemesidir. Değişiklikler kara deliğin manyetik yapısından kaynaklanabileceği gibi aynı zamanda Dünya'ya giden yolda ışığı polarize eden maddeden de kaynaklanıyor olabilir.

Jet üssü ilk kez görüldü

2021'de gözlemler için ağa iki yeni teleskop eklendi: Arizona'daki Kitt Peak'teki Arizona Radyo Gözlemevi ve Fransa'daki Kuzey Genişletilmiş Milimetre Dizisi. Bu genişleme, teleskop dizisinin hassasiyetini önemli ölçüde artırdı.

Bu, araştırmacıların ilk kez M87*'nin göreli jetinin tabanından gelen zayıf radyasyonu tespit etmelerine olanak sağladı. Göreli bir jet, kara delikten neredeyse ışık hızında fırlatılan dar bir enerjik parçacık ışınıdır. Bu jetler uzaya binlerce ışık yılı kadar uzanabilir.

Arizona Üniversitesi Steward Gözlemevi'nde yüksek lisans öğrencisi ve çalışmanın ortak yazarı Jasmin Washington, “Kara deliğe bu kadar yakın jetlerin emisyonunu tespit etmek, bu kozmik jetlere güç veren motoru nihayet görmeye benziyor” dedi.

Manyetik alanlar maddeyi yönlendirir

Mevcut teorilere göre manyetik alanlar, kara deliğin etrafındaki bir diskin yörüngesinde dönen plazmaya sabitlenmiştir. Orada muazzam kuvvetleri serbest bırakan manyetik kulelere sarılıyorlar. Yakalanan manyetik enerji, maddeyi jetler boyunca ışık hızına ulaşana kadar hızlandırabilir. Kara deliğin etrafındaki son derece kompakt bir bölgeden kaynaklanan bu jetler, tüm galaksiyi etkiliyor.

Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü'nden Eduardo Ros, “M87 gibi jetler, ev sahibi galaksilerin evrimini şekillendirmede önemli bir rol oynuyor” diye açıklıyor. “Yıldız oluşumunu düzenleyerek ve enerjiyi büyük mesafelere dağıtarak kozmik ölçekte maddenin yaşam döngüsünü etkiliyorlar.”

Süper bilgisayarlar aşırı koşulları simüle ediyor

Gözlemlere paralel olarak dünyanın dört bir yanındaki araştırmacılar, kara deliklerin yakınındaki aşırı koşulları simüle etmek için süper bilgisayarlar kullanıyor. Princeton Üniversitesi'nden araştırmacı ve Princeton Gravity Initiative üyesi Andrew Chael ve ekibi bu bilim insanları arasında yer alıyor.

M87* simülasyonları, kara deliğin etrafındaki plazmadaki elektrik yüklü proton ve elektron parçacıklarını homojen bir sıvı olarak ele alan tipik modellerin ötesine geçiyor.

Chael, “Simülasyonlar yoluyla, elektronların sıcaklığının M87 için normalde varsayılandan çok daha yüksek olduğunu bulduk. Düşük polarizasyonu yeniden oluşturamıyoruz, bu da kara deliğin etrafındaki plazmanın sıcaklığını anlamada büyük bir sınırlamadır.” dedi.

Elektronlar ve protonlar arasındaki bağıl sıcaklık, kara delik görüntüsünün parlaklığını ve diğer özelliklerini belirler. Simülasyonlar, M87* çevresindeki elektron sıcaklığının önceden varsayılandan çok daha yüksek olduğunu gösterdi. Elektronlar protonlardan yaklaşık 100 kat daha soğuktur.

Model ve gözlem arasındaki gerilim

Bulgular, mevcut plazma fiziği modelleri ile Olay Ufku Teleskobu tarafından sağlanan gözlemler arasındaki temel gerilimi vurgulamaktadır. Bu, elektron ısıtmaya yönelik teorik modellerin hala tamamlanmadığını göstermektedir.

Chael ve meslektaşları tarafından Ocak 2025'te yayınlanan bir araştırma, M87*'nin EHT görüntülerini çok çeşitli simülasyonlarla karşılaştırdı. Yüksek çözünürlüklü simülasyonlar, kara deliğin gölgesinin boyut ve genel yapı açısından yıldan yıla dikkate değer ölçüde sabit kaldığını ancak statik olmaktan uzak olduğunu gösterdi.

Halkanın en parlak noktası, olay ufku yakınındaki türbülanslı karışım ve dinamik plazma akışlarının etkisiyle zamanla kayar. Bu kaotik süreçler nedeniyle gazın farklı bölgeleri ısındıkça veya soğudukça kara delik görünümü gelişir.

Bir M87 filmi*

Araştırmacıların hedefi artık kara deliğin zaman içindeki evrimini gösteren bir film oluşturmak.

Arizona Üniversitesi'nden Remo Tilanus, Olay Ufku Teleskobu'nun Mart ve Nisan 2026'da bir dizi hızlı gözlem gerçekleştireceğini duyurdu: “Bir kara deliğin ilk görüntüsünden bu yana istek listemizde olan M87*'nin ilk görüntülerini kaydetmek için sabırsızlanıyoruz.”