İnsanlığın ilk kara delik fotoğrafına tanık olun
10 Nisan Pekin saatinde, Event Horizon Telescope (EHT) uluslararası işbirliği projesi duyuruldu: İlk kara delik fotoğrafı çıktı! Ve dünya çapında altı yerde (Brüksel, Belçika, Santiago, Şili, Şangay ve Taipei, Çin, Tokyo, Japonya ve Washington, ABD) dört dilde küresel basın konferansları düzenlendi: İngilizce, İspanyolca, Çince ve Japonca. Astrophysical Journal Communications bu önemli sonucu 10 Nisan'da altı makaleye kadar özel bir sayıda yayınladı. Kara delik görüntüsü, Başak Gökada Kümesi'ndeki süper kütleli gökada M87'nin merkezindeki kara deliği ortaya koyuyor. Kara delik, dünyadan 55 milyon ışıkyılı uzaklıkta ve kütlesi güneşin 6,5 milyar katıdır.
Bu eşi görülmemiş bir kara delik "avı" dır! Bu, 2017'de gözlemlenen ve yaklaşık iki yıl süren analizler için süren Event Horizon Telescope Uluslararası İşbirliği Projesi'nin önemli bir bilimsel başarısıdır. Dünyaya dağılmış 9 gözlemevinin gücünü harekete geçirerek buna iki yüzden fazla bilim adamı, mühendis ve teknisyen katıldı. . İlk kara delik fotoğrafının doğuşuna tanıklık eden ilk insanlar olduğumuz için ne kadar şanslıyız! Kara delik nedir? Hem yerçekimi dalgaları hem de kara delikler, Einstein'ın genel görelilik teorisinin teorik tahminleridir. 1915 gibi erken bir tarihte, Einstein çığır açan bir teori yayınladı: genel görelilik ve bu teoriyi ertesi yıl yerçekimi dalgalarını tahmin etmek için kullandı. O zamandan beri, yerçekimi dalgalarının gerçek olduğuna inanması yaklaşık 20 yılını aldı ve insanlar sadece yaklaşık yüz yıl sonra yerçekimi dalgalarını ilk kez tespit etti. Kütleçekim dalgaları ve kara deliklerin ilgili teorik çalışmaları aynı yıl (yani 1916) yayınlandı. O yıl, Alman fizikçi Karl Schwarzschild genel göreliliğin ilk kesin çözümünü çözdü: şimdi statik ve küresel simetrik Schwarzschild kara deliği olarak bildiğimiz Schwarzschild çözümü.
Sonraki yıllarda, kara deliklerle ilgili araştırmalar yavaş ilerledi.Kimse geniş evrende Schwarzschild çözümüne karşılık gelen bir gök cismi olup olmadığını bilmiyor.Çoğu bilim insanı sadece bu çözümün teori veya matematiksel yapısıyla ilgileniyor. 1939'da Oppenheimer ve Snyder, büyük ölçüde simetrik bir yıldızın, nükleer enerjisi tükendikten sonra yerçekimi etkisi altında doğrudan merkeze çökeceğini keşfettiler. 1958'de Finkelstein çığır açan bir katkı yaptı ve Schwarzschild yarıçapı içinde (yerçekimi yarıçapı veya olay ufku olarak da adlandırılan bir kara deliğin karakteristik yarıçapı), kara delikten hiçbir parçacık ve ışığın kaçamayacağını keşfetti. Bu nedenle, yaklaşık 1963'ten beri, Schwarzschild çözümüne karşılık gelen gök cismi, özellikle 1967'de Princeton Üniversitesi'nden ünlü fizikçi John Wheeler tarafından kabul edildikten sonra kara delik olarak adlandırılmaya başlandı, "kara delik" terimi popüler oldu. . 1970'lerden başlayarak, gökbilimciler yavaş yavaş evrende kara deliklerin var olabileceğine dair gözlemsel kanıtlar buldular. Gökbilimciler tarafından keşfedilen kara delik adayları kabaca iki kategoriye ayrılabilir: yıldız karadelikleri ve süper kütleli kara delikler. Aralarında kütlelerin bulunduğu orta kütleli kara delikler için, mevcut gözlemsel kanıt çok daha azdır. İnsanoğlu 2015 yılında evrenden ilk kez yerçekimi dalgalarını tespit etti.Kütleçekim dalgalarının tespiti, son yıllarda fizik ve astronomide en önemli atılımlardan biri olduğu söylenebilir. Yalnızca genel görelilik teorisini doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda yerçekimsel dalgaların ve kara deliklerin varlığına dair kilit gözlemsel kanıtlar da sağladı. Bu nedenle, bu projede belirleyici bir rol oynayan üç bilim insanı, 2017'de Nobel Fizik Ödülü'nü kısa sürede kazandı. Kütleçekim dalgası sinyali 1 saniyeden daha kısa sürdü Gökbilimciler bunun, güneş kütlesinin yaklaşık 30 ve 35 katı kütleli iki kara deliğin çarpışması ve birleşmesinden kaynaklandığına inanıyor. Bu teorik beklentilerle tutarlıdır.Genel görelilik hesaplaması bize, hareket eden bir kütlenin değişen bir ivmesi olduğunda, kütleçekim dalgalarını yayacağını söyler. Çoğu durumda, kütleçekimsel dalga radyasyonu çok zayıftır ve birbirlerinin etrafında dönen iki yoğun gök cismi (kara delikler ve nötron yıldızları gibi), yerçekimi dalgalarının doğal kaynaklarıdır ve birleşmeden önce yayılan yerçekimi dalgaları nispeten güçlüdür. .
Son yıllarda yerçekimi dalgası olaylarında tespit edilen kara delikler, kütleleri Güneş'in kütlesinin birkaç ila on katları arasında değişen yıldız kara delikleridir. Bu tür kara delikleri zaten daha iyi anlıyoruz ve bunların büyük yıldızların evriminin son ürünü olduklarına inanıyoruz. Tahminlere göre, Samanyolu'nda yaklaşık 100 milyar yıldız var, bunların arasında büyük yıldızların ömrü görece kısa ve çoğunun kara deliklere dönüşmüş olması gerekiyordu.Samanyolu'nda yaklaşık 100 milyon yıldız kara delik olduğu tahmin ediliyor. Şu anda, insanlar Samanyolu'nda sadece düzinelerce bu tür kara delik adayı tespit ettiler.Bunlardan en yakın kara delik V616 Monoceros yaklaşık 3000 ışıkyılı uzaklıkta.
Bilinmeyen bir kara delik ev güneş sistemimize yaklaşırsa, dış güneş sisteminden iç güneş sistemine bazı küçük gök cisimleri saçabilir; kara delik güneş sistemine girerse, dünyanın yörüngesini bile etkileyecek ve yeryüzündeki hayata felaket etkileri getirecektir. Kara delik toplama işlemi tarafından üretilen yüksek enerjili radyasyon ve jetler de dünya üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir. Süper Kütleli Kara Delik: Galaksinin Merkezindeki Behemoth
Event Horizon Telescope (EHT) uluslararası işbirliği projesi tarafından tespit edilen iki kara delik, Samanyolu'nun merkezindeki kara delik ve Başak yönünde eliptik gökada M87'nin merkezindeki kara deliktir.Bu kara deliklerin ikisi de süper kütleli kara deliklerdir. Süper kütleli bir kara deliğin kütlesi, genellikle güneş kütlesinin bir milyon ila on milyar katı arasındadır ve tipik değeri, Güneş'in kütlesinin yüz milyonlarca katıdır. Teorik olarak konuşursak, bir kara deliğin kütlesi merkezde sonsuz yoğunluk ile tekillikte yoğunlaşır ve tekilliğin dışında kıvrımlı ve dolaşık uzay-zaman vardır. Ancak bir kara deliğin çekim yarıçapı bir kara deliğin boyutu olarak kabul edilirse, daha büyük kütleli bir kara delik daha "kabarık" görünecektir. Yıldız kütlesine sahip bir kara delik için, kütleçekim yarıçapı yaklaşık 30 kilometredir ve bu da Şanghay Chongming Adası'nın büyüklüğüne yakındır.Çok yoğundur ve ortalama yoğunluğu bir nötron yıldızınınkini aşar. Güneşin kütlesinin 100 milyon katı olan süper kütleli bir kara delik için, yerçekimi yarıçapı güneş ile dünya arasındaki mesafenin iki katına çıkmıştır, ancak ortalama yoğunluk yalnızca yeryüzündeki suyun yoğunluğuna ve güneşin ortalama malzeme yoğunluğuna eşittir. Şimdiye kadar gözlemlenen süper kütleli kara delikler, temel olarak galaksinin merkez bölgesinde yer almaktadır. Samanyolu galaksimizin merkezinde, süper kütleli karadelikler arasında nispeten küçük olan ve kütleçekim yarıçapı güneş ile dünya arasındaki mesafenin yaklaşık onda biri olan, Güneş'in kütlesinin yaklaşık dört milyon katı bir kara delik vardır.
Evrenin temel yapısal birimi olan galaksiler, büyük miktarlarda karanlık madde, yıldızlar, gaz ve diğer maddeleri içeren karanlık ve geniş evrendeki parlak adalardır. Samanyolu galaksisinde, merkezi nükleer füzyonla güneş gibi parlayan yüz milyarlarca yıldız var. Ek olarak, gökbilimciler her büyük galaksinin merkezinde süper kütleli bir kara delik olduğuna inanıyorlar. Süper kütleli kara delikler genellikle kozmik devler olarak adlandırılır, ancak bu boyutlarından kaynaklanmamalıdır. Güneşin 100 milyon katı kütleye sahip tipik bir süper kütleli kara delik için, yerçekimi yarıçapı yaklaşık olarak güneşin yarıçapının 400 katına eşittir ve bu, galaksideki iki bitişik yıldız arasındaki ortalama mesafenin yalnızca yüz binde biri kadardır. Süper kütleli kara delikler, esas olarak devasa kütleleri, milyonlarca ila on milyarlarca güneş kütlesine ulaşmaları ve galaksiler üzerindeki büyük etkileri nedeniyle kozmik devler olarak adlandırılır. Süper kütleli bir kara delik, bir galaksinin merkez bölgesindeki yerçekimi yarıçapından on milyon kat daha büyük yerçekimi kuvvetine hükmedebilir ve üretilen enerji patlaması, kendi kütleçekim yarıçapından bir milyar kat daha büyük olan galaksilerdeki gaz dağılımını ve yıldız oluşumunu derinden etkilemek için yeterlidir. Galaksi Dünya'nın boyutuna küçültülürse, merkezindeki süper kütleli kara delik yaklaşık bir yer fıstığı büyüklüğündedir. Ancak, "yemek" (maddenin birikmesi) sırasında "dünyanın" merkezinde bulunan bu "küçük yer fıstığının" ürettiği enerji patlaması, tüm "dünya" üzerindeki iklim değişikliğini (gaz hareketi) ve yaşam büyümesini (yıldız oluşumu) derinden etkilemiştir. ). Süper kütleli kara deliklerin galaksiler üzerindeki etkisine genellikle geri bildirim denir ve bu, mevcut astronomi araştırmalarının sıcak sınırlarından biridir. Dev kozmik canavarların uyuşukluğu ve patlaması Peki, süper kütleli kara delikler geri bildirim mekanizması aracılığıyla tüm galaksinin evrimini nasıl etkiler? Süper kütleli kara delikler, güçlü yerçekimleri nedeniyle yakınlarına hareket eden gaz, yıldızlar vb. Gibi maddeler biriktirebilir. Biriken madde genellikle açısal momentuma sahiptir ve dönen bir yığılma diski oluşturacak veya kara delik etrafında daha kalın bir birikim akışı oluşturacaktır ve maddenin bir kısmı sonunda kara deliğe girecektir. Kara deliklerin yoğunluğundan ve kuvvetli yerçekiminden dolayı, kara deliklerin birikme süreci, biriken maddenin kinetik enerjisine dönüştürülecek olan büyük miktarda yerçekimi enerjisi açığa çıkaracaktır. Kinetik enerjinin bir kısmı, gazlar arasındaki "sürtünme" veya manyetik alanların hareketi nedeniyle gaz iç enerjisine yayılacaktır. . Kara delik biriktirme süreci, bilinen evrendeki en yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahip fiziksel süreç olabilir ve enerji dönüşüm oranı, termonükleer füzyonun enerji dönüşüm oranının onlarca katıdır.
Kara delik birikimi sürecinde enerjiyi serbest bırakmanın üç ana yolu vardır; bunlar arasında ışık yayılımı, iyi yönlendirmeli jetler ve geniş açılma açılı çıkışlar vardır. Optik radyasyon ve dışarı akış, süper kütleli kara deliklerin çevreleyen ortamı üzerinde güçlü bir etkiye sahip olabilirken, jetler ve güçlü dışarı akış galaksilere ve hatta daha büyük uzaysal ölçeklere yayılabilir. Bu nedenle, açığa çıkan enerji, galaksideki gazla etkileşime girer ve bu da kara delik birikim akışını (örneğin, dışarı akışı kara delik birikim oranını değiştirir), kara delik birikim sistemine malzeme beslemesini ve hatta galaksideki gazı doğrudan etkileyebilir. Dinamik ve yıldız oluşumu.
Şu anda, kara delik geri bildiriminin en doğrudan gözlemsel kanıtı galaksi kümelerindedir. Galaksi kümesinin merkezinde bulunan süper kütleli kara delik, madde birikimi sürecinde güçlü radyo jetleri salar ve galaksi kümesinin iç bölgesinde binlerce ila yüz binlerce ışık yılı yarıçapına sahip büyük baloncuklar üretir. Bu büyük kabarcıklar, jet içinde taşınan veya hızlandırılan ve gözlemlenebilir radyo radyasyonu üreten çok sayıda yüksek enerjili parçacık içerir. Gökada kümesi, X-ışını radyasyonu üretebilen büyük miktarda sıcak gaz içerir ve jet tarafından üretilen radyo baloncukları, çevredeki gökada kümesinin gazını dışarı atabilir ve gökada kümesinin X-ışını görüntüsünde açıkça zayıf X-ışını radyasyonu ile delikler ve uyarımlar üretebilir. Dalgalar ve ses dalgaları gibi yapılar. Gözlemler, kara delik jetinin galaksi kümesinin gazına verdiği enerjinin, X-ışını radyasyonundan dolayı kaybedilen enerjiyi telafi etmek için yeterli olduğunu buldu. Yoğun enerji salınımı nedeniyle, maddenin birikme aşamasındaki süper kütleli bir kara deliğe dev bir kozmik patlama denilebilir. Buna uygun olarak, maddeyi biriktirmeyi bırakan veya çok düşük bir birikme oranına sahip olan süper kütleli bir kara deliğe, uykuda olan kozmik bir dev olarak adlandırılabilir. Kara delik "yemek" nedeniyle patlar, bu nedenle patlamadaki dev kozmik hayvanlar da aktif olarak büyüyor. Süper kütleli bir kara delik, büyümesi sırasında birden çok "patlama-uyku hali patlaması" döngüsü yaşamış olabilir. Samanyolu'ndaki yaklaşık 100 milyon yıldız kütleli kara delik arasında, X-ışını radyasyonunun ("patlamaları") oluşması nedeniyle insanlar tarafından yalnızca 20 tanesi tespit edildi, bu da yıldız kütleli kara deliklerin çoğunun uykuda olduğunu gösteriyor. Benzer şekilde, komşu evrendeki süper kütleli kara deliklerin çoğu da uykuda. Evrenin genişlediğini biliyoruz.Geçmiş evrendeki madde daha yoğun, galaksilerdeki gaz içeriği de daha yüksekti ve süper kütleli kara deliklerin patlaması muhtemelen bugün evrenden daha sık olacak.
Galaksi-Yay A'nın merkezindeki kara delik * Şimdiye kadar, süper kütleli bir kara deliğin varlığının en güçlü kanıtı, gökadamız Yay A * 'nın (Yay A *) merkezindeki süper kütleli kara deliktir. Bu aynı zamanda Dünyamıza en yakın süper kütleli kara deliktir. İlk kez 1974 yılında radyo bandında gözlemlenmiştir. Yay takımyıldızında bulunur. Arkasındaki yıldız işareti "*" esas olarak bunun heyecan verici bir gözlem sinyali olduğunu belirtmek için kullanılır. , Atom fiziğinde atomların uyarılmış durumlarını temsil etmek için de sıklıkla kullanılır. Yay A *, Event Horizon Teleskobu tarafından fotoğraflanan iki süper kütleli kara delikten biridir. Yay A * yakınlarında, etrafında Kepler hareketi yapan bazı büyük yıldızlar var. Son yirmi yılda, Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki birkaç araştırma grubu, bu yıldızların yörüngelerini izliyor ve radyo kaynağı Yay A * 'da bulunan güneş sisteminin boyutuna yakın çok küçük bir uzayda yaklaşık dört tane olduğunu belirlediler. Güneşin bir milyon katı kütleye sahip bir gök cismi, mevcut insan bilgisine göre neredeyse ancak süper kütleli bir kara delik ile açıklanabilir. Bu, olay ufku teleskopu kara deliğin fotoğraflarını çekmeden önce süper kütleli bir kara deliğin varlığının en iyi gözlemsel kanıtıdır.
Son gözlemler gerçekten de Yay A * 'nın geçmişte bir salgın yaşadığına dair olası kanıtlar buldu. 2010'daki en önemli on uluslararası fiziksel olaydan biri, iç galaksideki Fermi balonunun keşfiydi. Bunlar, Samanyolu merkezinin üstünde ve altında bulunan, yüksek enerjili gama ışını bandında bulunan iki büyük eliptik baloncuktur. Samanyolu'nun simetri ekseni boyunca her bir baloncuğun uzunluğu yaklaşık 30.000 ışıkyılıdır ve bu, gümüş diskteki güneş ile Samanyolu'nun merkezi arasındaki mesafeye eşdeğerdir. Şu anda, astronomi topluluğu Fermi balonunun kökenini henüz tamamlamamıştır, ancak büyük olasılıkla enerji patlamasının Yay A * 'dan kaynaklanmış olması muhtemeldir. Yazar, 2011 yılında Samanyolu'nun merkezindeki kara delikten çıkan fıskiyelerin doğal olarak Fermi baloncukları üretebileceğini öne sürdü.Bu, Fermi kabarcıklarının Yay A * 'dan kaynaklandığı ilk model. Son modelimizde, Fermi baloncukları üreten jet milyonlarca yıl önce meydana geldi ve yaklaşık 1 milyon yıl sürdü, o sırada Yay A * 'nın birikme oranı 10.000 yılda yaklaşık 1 idi. Bir güneş kütlesi meselesi, mevcut büyüme hızının 10.000 katıdır. Daha uzak geçmişte, Yay A * daha yüksek bir büyüme oranına sahip bir patlama yaşamış olabilir, çünkü bu büyüme hızı, yalnızca evren çağında toplanarak mevcut kütleye sahip bir galaksi merkezindeki kara delik üretmek için yeterli değildir. Şu anda, Yay A * hareketsiz dönemdedir ve maddi birikim oranı, 100 milyon yılda yalnızca yaklaşık 1 güneş kütlesidir. Yay A * 'nın birikme oranı geçmişte aynıysa, bugünkü kütlesine (güneşin kütlesinin 4 milyon katı) ulaşması 400 trilyon yıl alır, ki bu da mevcut evrenin yaşından (13.8 milyar yıl) çok daha uzundur. . Bu argüman, Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin geçmişte hızlı bir büyüme dönemi yaşamış olması gerektiğini gösterebilir. Bir kara deliğin gerçek gövdesini ilk kez gören karbon temelli yaşam: insan olarak, şahsen kendimi son derece şanslı hissediyorum. Ancak bu sadece başlangıç. 2017'de Event Horizon Teleskopu hem M87'yi hem de Samanyolu'nun merkezi kara deliğini gözlemledi. 10 Nisan'daki duyuru bunlardan sadece biriydi ve diğerinin veri işleme ve analizi hala devam ediyor. İnsanlar, Einstein'ın genel görelilik teorisini eşi görülmemiş bir doğrulukla titizlikle test edecek ve kara deliklerin kütleçekim yarıçapı yakınında birikme ve dışarıya akma fiziğini keşfedecekler.
