Gelgit bozukluğu olaylarının gizemini çözün

Süper kütleli kara delikler yakındaki yıldızları bozar veya yok ederek gelgit bozukluğu olaylarına (TDE’ler) yol açar. TDE’lerden gelen polarize ışık gözlemleri, ilgili süreçler hakkında önemli ayrıntıları ortaya çıkardı.

Evren şiddetli bir yerdir, bu yüzden bir yıldızın ömrü burada kısa kesilebilir. Bu, bir yıldız kendisini “kötü” bir mahallede, özellikle büyük bir kümenin yakınında bulduğunda olur. Kara delik.

Güneşimizden milyonlarca hatta milyarlarca kat daha büyük bir kütleye sahip olan bu kara delikler, genellikle sessiz galaksilerin merkezlerinde bulunur. Yıldız kara delikten uzaklaştıkça, süper kütleli kara delikten yukarı doğru bir yerçekimi çeker ve bu, sonunda yıldızı sağlam tutan kuvvetlerin üstesinden gelir. Bu, gelgit bozulma olayı (TDE) olarak bilinen bir olay olan yıldızın bozulmasına veya yok olmasına neden olur.

Turku Üniversitesi ve Finlandiya Astronomi Merkezi’nden doktora sonrası araştırmacı Yannis Lioudakis, “Yıldız parçalandıktan sonra, gazı kara deliğin etrafında bir birikim diski oluşturur. Diskten gelen parlak patlamalar, özellikle X-ışınlarını algılayan teleskoplar ve uydular ile neredeyse tüm dalga boylarında gözlemlenebilir” diyor. ESO (vinka).

Yakın zamana kadar, onu tespit edebilen pek çok deney olmadığı için TDE’yi yalnızca birkaç araştırmacı biliyordu. Ancak, son yıllarda bilim adamları daha fazla TDE izlemek için araçlar geliştirdiler. İlginç ama belki de şaşırtıcı olmayan bir şekilde, bu gözlemler araştırmacıların şu anda üzerinde çalıştıkları yeni gizemlere yol açtı.

Liodakis, “Optik teleskoplarla yapılan büyük ölçekli deneylerden elde edilen gözlemler, çok sayıda TDE’nin, görünür ışık patlamaları açıkça tespit edilebilmesine rağmen, X-ışınları üretmediğini ortaya çıkardı. Bu bulgu, TDE’lerde bozulan yıldız maddesinin evrimine ilişkin temel anlayışımızla çelişiyor” diye belirtiyor Liodakis.

Bir gelgit kesintisi olayında, bir yıldız süper kütleli bir kara deliğe yeterince yaklaşır ve kara deliğin çekim kuvveti yıldızı yok olana kadar büker (Görsel 1). Yok edilen yıldızdan gelen yıldızlararası madde, kara deliğin etrafında eliptik bir akış oluşturur (Görüntü 2). Kara deliğin yörüngesinde döndükten sonra gaz kendi kendine çarptığında, kara deliğin etrafında gelgit şokları oluşur (resim 3). Gelgit şokları, optik ve ultraviyole dalga boylarında gözlemlenebilen parlak polarize ışık patlamaları yaratır. Zamanla, yok olan yıldızdan gelen gaz, kara deliğin içine yavaşça çekilirken kara deliğin etrafında bir yığılma diski oluşturur (resim 4). Not: Resim boyutu doğru değil. Kredi bilgileri: Jenny Gurmaninen

Dergide yayınlanan bir çalışma Bilimler Finlandiya Astronomi Merkezi tarafından ESO ile yönetilen uluslararası bir gökbilimciler ekibi, TDE’den gelen polarize ışığın bu bulmacayı çözmenin anahtarı olabileceğini öne sürüyor.

Pek çok TDE’de tespit edilen optik ve ultraviyole ışıkta gözlemlenen patlama, karadeliğin etrafında parlak bir X-ışını toplanma diski oluşturmak yerine, gelgit şoklarından kaynaklanabilir. Bu şoklar, kara deliğin yörüngesinde döndükten sonra yok olan yıldızdan gelen gazın kendi kendine çarpmasıyla kara deliğin uzağında oluşur. Parlak X-ışını toplama diski, bu olaylarda daha sonra oluşacaktı.

Çalışmanın baş yazarı Lioudakis, “Işığın polarizasyonu, astrofizik sistemlerdeki temel süreçler hakkında benzersiz bilgiler sağlayabilir. TDE’den ölçtüğümüz polarize ışık, yalnızca bu gelgit şoklarıyla açıklanabilir” diyor.

Polarize ışık, araştırmacıların yıldız yıkımını anlamalarına yardımcı oldu

Ekip, 2020’nin sonlarında Gaia uydusundan AT 2020mot olarak tanımlanan yakındaki bir galaksideki geçici bir nükleer olaya ilişkin bir genel uyarı aldı. Araştırmacılar daha sonra AT 2020mot’u, Turku Üniversitesi’ne ait İskandinav Optik Teleskobu’nda (NOT) gerçekleştirilen optik polarizasyon ve spektroskopi gözlemleri dahil olmak üzere çok çeşitli dalga boylarında gözlemlediler. NOT’ta yapılan gözlemler, bu keşfi mümkün kılmada özellikle yardımcı oldu. Ayrıca lise öğrencilerine yönelik gözlemsel astronomi dersi kapsamında kutuplaşma gözlemleri yapılmıştır.

NOT ile polarizasyon gözlemlerini ve analizlerini yöneten FINCA ve Turku Üniversitesi’nden doktora araştırmacısı Jenny Jormaninen, “İskandinav Optik Teleskobu ve çalışmada kullandığımız polarimetre, süper kütleli kara delikleri ve çevrelerini anlama çabalarımızda etkili oldu” diyor.

Araştırmacılar, AT 2020mot’tan gelen optik ışığın yüksek oranda polarize olduğunu ve zamanla değiştiğini buldular. Birçok denemeye rağmen, ne radyo ne de X-ışını teleskopları, patlamanın zirvesinden önce, sırasında ve hatta aylar sonra olaydan gelen radyasyonu tespit edemedi.

Turku ve Fenca Üniversitesi’nde akademik araştırma görevlisi olan Elena Lindfors, “AT2020mot’un ne kadar polarize olduğunu gördüğümüzde, çevredeki gazı biriktiren süper kütleli karadeliklerin çevresinde sıklıkla gözlemlediğimiz gibi, hemen bir kara delikten salınan bir jeti düşündük. Ancak jet bulunamadı” diyor.

Gökbilimciler ekibi, verilerin bir yıldızlararası gaz akışının kendisiyle çarpıştığı ve kara deliğin etrafındaki yörüngesinin merkezine ve önüne yakın tümsekler oluşturduğu bir senaryoyla yakından eşleştiğini fark etti. Şoklar daha sonra manyetik alanı yükseltir ve onu doğal olarak yüksek oranda polarize ışıkla sonuçlanacak olan yıldız akışına dönüştürür. Optik polarizasyon seviyesi çoğu model tarafından açıklanamayacak kadar yüksekti ve zamanla değişiyor olması bunu daha da zorlaştırıyordu.

Gözlemler sırasında FINCA’da astronom olan ve şu anda Norveç Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (NTNU) çalışan Kari Kollionen, “Baktığımız tüm modeller, gelgit şoku modeli dışında gözlemleri açıklayamadı” diyor.

Araştırmacılar, TDE’lerden gelen polarize ışığı izlemeye devam edecekler ve yakında bir yıldız çarpmasından sonra ne olduğu hakkında daha fazla şey keşfedebilirler.

Referans: I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas ve K.
DOI: 10.1126/science.abj9570