Olay Ufku Teleskobu ile gelecekte yapılacak ölçümler, “manyetik yeniden bağlanmanın” radyo dalgası sıcak noktalarının kara deliğin yörüngesine girmesine neden olabileceği hipotezini test edebilir. Bu hipotez bir kara deliği çevreleyen plazma simülasyonlarına dayanmaktadır.
Kara delikler Evren’deki en basit astrofiziksel nesnelerden biri olarak kabul edilebilir çünkü sadece üç parametreye sahiptirler: kütle, spin ve yük. Ancak bu kara devler, davranışlarını çevreleyen çok sayıda çözülmemiş gizem nedeniyle aynı zamanda en esrarengiz olanlar arasındadır. Kara deliklerin etrafındaki plazmanın neden bu kadar yoğun bir şekilde parladığı bir gizemdir. Şimdi, Princeton Üniversitesi’nden Benjamin Crinquand ve meslektaşları, bu plazma içindeki manyetik alanların 3D simülasyonları yoluyla çözümü keşfettiklerine inanıyorlar: manyetik alan çizgilerinin kırılması ve yeniden bağlanması. Modellere göre, manyetik alan kararsızlıkları zaman zaman kara deliğin gölgesi etrafında dönen radyo dalgası sıcak noktalarına neden olabilir.
Bir kara deliğin ilk fotoğraflarını çekmek için kullanılan radyo çanak ağı Event Horizon Teleskobu’nun (EHT) gelecekteki yinelemeleri bu öngörüyü test edebilir.
Fizikçiler bir kara delik ışık yayarken bir dizi faktörün iş başında olabileceğine inanıyor. Bunlardan biri, plazmanın düşerken sürtünme benzeri kuvvetler tarafından ısıtıldığı ve fotonların salınmasına neden olduğu sözde yığılma gücüdür. Sabit emisyon sinyalleri, kara deliklerden gelen yüksek yoğunluklu gama ışını patlamalarının gözlemleriyle eşleşmiyor gibi görünen bu sürecin modelleri tarafından tahmin edilmektedir.
Crinquand ve meslektaşlarının göz önünde bulundurduğu bir başka olasılık da bu ışığı yaratmak için gereken enerjinin plazmanın içinden geçen manyetik alandan elde edilmesidir. Bu alanla ilişkili çizgiler birbirinden ayrılıp sonra yeniden bağlandığında – manyetik yeniden bağlanma olarak bilinen bir süreç – manyetik alan enerjisi, daha sonra foton olarak yayılan plazma kinetik enerjisine dönüşebilir. Bu model yığılma modelinin yerini almayacak, ancak onunla birlikte hareket edecektir.
Bilim insanları böyle bir manyetik mekanizmanın 2 boyutlu simülasyonlarda gama ışını patlamalarına yol açabileceğini ve belki de gözlemlenen patlamaları açıklayabileceğini keşfettiler. Şimdi 3D simülasyonlara odaklanıyorlar ve EHT’nin kara delik gözlemleriyle bağlantılı olan radyo dalgası emisyonunu hesaba katıyorlar. Crinquand’a göre, “Deneysel verilerle karşılaştırabileceğimiz daha gerçekçi görüntüler elde etmek istiyoruz.”
Araştırma ekibine göre, kara delikler periyodik olarak, plazmanın çoğunluğunun kuvvetsiz olduğu ve manyetik kuvvetlerin birikme sırasında sürtünme benzeri kuvvetlerin etkilerini gizleyecek kadar güçlü olduğu, parlayan plazma olarak bilinen bir durum yaşarlar. Ekip, parçacıklar ve alanlar arasındaki enerji transferini incelemek için plazmanın manyetik alanlarının ve parçacık popülasyonunun dinamiklerini taklit ediyor. Crinquand’a göre model, tüm plazma akımlarının yanı sıra daha önceki araştırmalarda göz ardı edilen genel rölativistik etkileri de dikkate alıyor.
Ekibin modellerine göre, manyetik alan çizgileri plazma içinde hareket ederken ve parçacıklarla etkileşime girerken sürekli olarak bükülüyor, ayrılıyor ve yeniden birleşiyor. Araştırmacılar, manyetik alan enerjisinin, tıpkı 2D modellerle yaptıkları önceki çalışmalarında olduğu gibi, alan çizgilerinin yeniden bağlanması sırasında plazma kinetik enerjisine dönüştüğünü keşfetti.
Kara Delikler Radyo Dalgaları Yayıyor
Işın izleme yöntemini kullanan ekip, yüklü plazmadan salınan radyo dalgalarını simüle ediyor ve Dünya’daki bir izleyiciye nasıl görüneceklerini tasvir ediyor. Ekip, radyo dalgası emisyonunda değişen yoğunluklarda halka benzeri oluşumların baskın olduğunu keşfetti. Kara deliğin gölgesinin etrafında dönen radyo dalgası sıcak noktaları bu varyasyonları temsil ediyor.
Sıcak noktaların, kara delik yarıçapının yaklaşık üç katı kadar bir yörünge yarıçapına ve M87 galaksisinin merkezindeki gibi büyük bir kara delik durumunda yaklaşık beş günlük bir yörünge periyoduna sahip olması beklenmektedir.
Teleskobun uzaysal ve zamansal çözünürlükleri bu özellikleri ayırt etmek için çok düşük olduğundan Crinquand, EHT’nin mevcut yinelemesinin kendisinin ve meslektaşlarının beklediği emisyon modellerini tespit etme olasılığının düşük olduğunu savunuyor. Crinquand, gelişmiş çözünürlüklü görüntüleme yetenekleriyle bile, bu desenlerin geçici doğaları nedeniyle her zaman görünür olmayacağını da sözlerine ekliyor. “Plazmanın parlama durumunda olmasını ve bu sıcak bölgelerin birikim akışı periyodik olarak geri çekildiğinde belirgin hale gelmesini bekliyoruz. Crinquand’a göre, EHT’nin bir sonraki baskısında bile bu özellikleri görüntülemek “çok fazla şans” gerektirecektir.
Yine de ideal koşulların gerçekleşeceğine dair iyimserliğini koruyor. Bence sıcak noktalar üreten bir kara deliğe EHT’de tanık olmak harika olurdu.
İsrail’deki Tel Aviv Üniversitesi’nden kara delik fizikçisi Amir Levinson’a göre bu keşif, kara deliklerin etrafından yayılan radyasyondan sorumlu süreçleri anlamaya yönelik “önemli bir adım”. Manyetosferin dinamikleri ve emisyonunun ayrıntılı bir incelemesini başarıyla tamamlayabilirsek, temel fizik ve astrofizik hakkında daha fazla şey öğrenebiliriz. Kara delikleri çevreleyen plazmada meydana gelen süreçler hakkında hâlâ öğrenilecek çok şey olsa da Levinson, “[Crinquand ve meslektaşları tarafından] benimsenen rotanın umut verici göründüğünü” söylüyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v15/170
