Kara delik jetleri galaksinin görünen kenarını çok aşıyor
Astronomlar 324 kuazarın tayfını jet yönüne göre ayırdı: ışıma yalnız jet ekseninde çıktı. Galaksinin görünmeyen gaz zarfı, kara deliğin doğrudan etkisi altında.
Tek tek bakıldığında hiçbirinde bir şey yoktu. Arizona ve Bengaluru'daki bir ekip, yüz binlerce radyo kaynağı arasından süzdüğü 324 uzak kuazarın tayfını üst üste bindirdi; ortalama düzdü. Sonra aynı tayfları, önlerinde duran galaksinin kara delik jetinin hangi yöne baktığına göre ayırdılar. Yalnız jet eksenine ±20 derece içinde denk gelen 74 bakış hattı toplandığında soluk bir hidrojen ışıması belirdi — galaksinin gözle görünen kenarının çok ötesinde, ısınmış gaz.
Çalışma Astrophysical Journal Letters'da yayımlandı. Ekibi Arizona Eyalet Üniversitesi'nden Sanchayeeta Borthakur ile Bengaluru'daki Raman Araştırma Enstitüsü'nden Namrata Roy yönetti; Johns Hopkins Üniversitesi'nden Timothy Heckman ve Arizona Eyalet Üniversitesi'nden Tanmay Singh çalışmaya katkı verdi.
-
Yemek tarifleri
Malzeme listesi, adım adım yapılış, süre ve porsiyon bilgisiyle. Çorbadan tatlıya kategoriye göre gez ya da aradığını doğrudan ara.
Tariflere bak → -
Nasıl yapılır rehberleri
Telefon ayarlarından resmî işlemlere, hesap güvenliğinden günlük hayattaki küçük sorunlara: numaralı adımlar ve tahmini süreyle anlatılmış rehberler.
Rehberleri gör → -
Program arşivi
Tarayıcılar, güvenlik araçları, ofis ve medya yazılımları. Her kayıtta ne işe yaradığı, sürümü ve indirme bağlantısı.
Programlara göz at → -
Sesli ve görüntülü sohbet
Odalarda grup görüntülü sohbet, birebir sesli arama ve canlı yayın. Tarayıcıdan çalışır — eklenti, uygulama ya da kurulum gerekmez.
Odalara gir →
Önemi şu: gökbilimin uzun süredir yanıt aradığı sorulardan biri, büyük galaksilerin bir noktadan sonra yıldız üretmeyi neden bıraktığı. Elde yıldız yapacak gaz var, ama yıldız doğmuyor. Bu ölçüm, gazın nerede ve hangi yönde rahatsız edildiğine dair ilk doğrudan işareti veriyor.
Galaksinin ortasındaki delik ve kutuplarından çıkan iki huzme
Süper kütleli kara delik, büyük galaksilerin merkezinde oturan, Güneş'in milyonlarca ya da milyarlarca katı kütleye sahip bir cisim. Işığın bile kaçamadığı bir bölge, ama boyutu galaksiye kıyasla gülünç derecede küçük: galaksi yüz binlerce ışık yılıysa, kara deliğin kendisi Güneş sistemi ölçeğinde.
Roy, Arizona Eyalet Üniversitesi'nin bülteninde bu oransızlığı şöyle anlatıyor: "Şaşırtıcı soru şu: bu kadar küçük bir şey, bu kadar büyük bir şeyi enerji bakımından nasıl etkileyebilir?" Yanıtı yine kendi cümlesinde veriyor: "Bir kara delik galaksiye kıyasla çok küçüktür, ama etkisi yüz binlerce ışık yılına uzanabilir."
Bağlantı jet. Kara deliğe doğru düşen gaz, doğrudan içine dalmaz; önce bir diske dizilir ve burada sürtünerek ısınır. Maddenin bir bölümü, dönen diskin ördüğü manyetik alanla kutuplardan dışarı fırlatılır. Sonuç, iki yöne birden uzanan, ışık hızına yaklaşan ince iki parçacık huzmesi. Bahçe hortumunun ucunu sıkıştırdığınızda suyun dar ve uzağa gitmesi gibi: enerji dar bir koridora hapsedildiği için çok uzağa taşınıyor.
Bu huzmeler görünür ışıkta çoğunlukla belirsiz, ama radyo dalgalarında parlıyor. NASA Goddard kanalının yayımladığı aşağıdaki canlandırma, bu çalışmaya ait değil; NASA'nın Discover süper bilgisayarında koşturulan ayrı bir benzetimin görüntüsü. Yine de jetin çevre gazını nasıl yarıp geçtiğini somut biçimde gösteriyor.
Galaksinin görünmeyen zarfı
Bir galaksinin fotoğrafında gördüğünüz parlak disk, aslında hikâyenin küçük parçası. Onu saran, seyrek ve çok soluk bir gaz zarfı var: çevregalaktik ortam (İngilizce kısaltmasıyla CGM). Arizona Eyalet Üniversitesi'nin açıklamasına göre bu zarf, galaksinin görünen bölümünün 10 ila 20 katı genişliğe uzanıyor ve yeni yıldızların hammaddesini depoluyor. Daha da dışı, galaksiler arasındaki neredeyse boş bölge — galaksiler arası ortam.
Galaksi kabaca bir kasaba, çevregalaktik ortam ise onu besleyen tarlalar ve su deposu. Yıldız doğumu, bu depodan merkeze doğru soğuyup akan gazla sürer. Gaz ısınır ve karışırsa soğuyup çökemez, merkeze inemez; yıldız doğumu yavaşlar. Gökbilimde buna AGN geri beslemesi deniyor — AGN, aktif galaksi çekirdeği, yani beslenmekte olan kara deliğin parlayan merkezi. Galaksinin "kaderi" derken kastedilen tam olarak bu: kara delik, kendi yakıt deposunun üstünü ısıtarak galaksinin sessizleşmesine yol açabiliyor.
Kuazarları fener olarak kullanmak
Çevregalaktik gazın ışıması tek başına ölçülemeyecek kadar soluk. Ekip bunu dolambaçlı bir yolla aştı. Ön baskıda anlatıldığına göre başlangıç havuzu, LOFAR radyo teleskobunun İki Metre Gökyüzü Taraması'nın (LoTSS) ikinci veri sürümündeki, jet ekseni ölçülmüş 90.228 radyo AGN'si. Bunların arkasında rastlantıyla duran, Karanlık Enerji Tayfölçer Aygıtı'nın (DESI) birinci veri sürümünde tayfı çıkarılmış kuazarlar arandı. Kuazarın ışığı öndeki galaksinin gaz zarfından geçiyor; aynı tayf hem arkadaki kuazarın ışığını hem yol boyunca öndeki gazın kendi ışımasını taşıyor.
Eşleşme ölçütleri uygulandığında elde 324 radyo galaksi–kuazar çifti kaldı. Her çift için kuazarın, jet eksenine göre hangi açıda ve ne kadar uzağa düştüğü hesaplandı. Sonra tayflar açıya göre gruplanıp toplandı. Aranan iz, ısınmış hidrojenin karakteristik kırmızı çizgisi olan Hα ışımasıydı.
Sayılar
Aşağıdaki değerler ekibin arXiv'e yüklediği ön baskıdan; akı birimleri makaledeki biçimiyle veriliyor.
| Başlangıç radyo AGN havuzu (LoTSS DR2) | 90.228 kaynak |
|---|---|
| Son örneklem | 324 radyo galaksi–kuazar çifti |
| Jet ekseniyle hizalı bakış hattı | 74 (eksene ±20 derece içinde) |
| Radyo galaksilerin kırmızıya kayması | 0,05 – 1,64 |
| Arka plandaki kuazarların kırmızıya kayması | 0,35 – 3,14 |
| Bakış hattının galaksiye gökyüzündeki izdüşüm uzaklığı | yaklaşık 20 – 800 kiloparsek |
| Jet boyu süzme aralığı (uçtan uca) | log(D/pc) 4,3 – 6,5 (yaklaşık 20 kpc – 3 Mpc) |
| 144 MHz radyo gücü | log(L/W Hz⁻¹) 23,06 – 28,17 |
| Jet ekseninde ortalama Hα akısı | 1,19×10⁻¹⁷ erg cm⁻² s⁻¹ (5σ üstü) |
| Galaksiye yakın iç bölge | 3,46×10⁻¹⁷ erg cm⁻² s⁻¹ (7σ üstü) |
| Radyo lobu hizasındaki dış bölge | 1,31×10⁻¹⁷ erg cm⁻² s⁻¹ |
| Tüm açıların ortalaması | saptama yok (2σ altı) |
Ölçek duygusu için: 800 kiloparsek yaklaşık 2,6 milyon ışık yılı, yani Samanyolu ile Andromeda arasındaki mesafeden daha uzun. Jet ekseninde toplanan ışıma, makalenin ifadesiyle sıradan galaksi halolarından kabaca 100 kat parlak.
İki nokta parlıyor, arası değil
Bulgunun en ilginç yanı ışımanın düzgün dağılmaması. Ön baskıya göre Hα en güçlü olduğu yer, galaksinin optik yarı-ışık yarıçapının hemen dışı; sonra sönümleniyor, radyo lobunun izdüşümüne yaklaşınca yeniden yükseliyor. Jetin çıktığı yer ve durduğu yer parlıyor, arası değil — hortumun ucu ile suyun çarptığı nokta gibi.
Bir de beklenmeyen çelişki var. Aynı bakış hatlarında soğuk gazı izleyen magnezyum (Mg II) soğurması ölçüldüğünde, jet hizasıyla diğer yönler arasında fark çıkmadı: sıklık benzer, eşdeğer genişlikler ve sütun yoğunlukları benzer. Yazarların yorumu şöyle: magnezyum, zarftaki dağınık ve topaklı soğuk gaz havuzunu bütünüyle görüyor; Hα ise bu havuzun içinden yalnız jetin yoğunluğunu, basıncını ya da iyonlaşmasını yükselttiği, kaplama oranı düşük bulutları yakalıyor. Yani jet gazın tamamını süpürüp atmıyor; yolundaki belirli topakları tutuşturuyor.
Sonucun sınırları
Yazarlar birkaç noktayı açıkça sınır olarak işaretliyor:
- İzdüşüm etkisi. Jet ekseniyle bakış hattı arasındaki açı, üç boyutlu bir yapının gökyüzüne düşen iki boyutlu gölgesinden hesaplanıyor. Gerçek geometri açısı bundan farklı olabilir.
- Örneklem küçük. 324 çiftin yalnız 74'ü jetle hizalı. Tüm açılar birleştirildiğinde işaret seyreliyor ve kayboluyor.
- Işıma sınırında çalışılıyor. Zarfın ışıması tek tek görülemeyecek kadar soluk; sonuç ancak tayfların üst üste bindirilmesiyle çıkıyor. Bu, tek tek nesnelerin nasıl davrandığını göstermiyor.
- Mekanizma belirsiz. Makale, ışımanın AGN'nin ışığıyla iyonlaşma, jet ekseni boyunca çarpma kaynaklı iyonlaşma, türbülanslı karışım katmanları ya da soğuyan gazda çarpışmayla uyarılma gibi birkaç yolla üretilebileceğini, kendi yığın ölçümlerinin bunları birbirinden ayırmadığını yazıyor. Gazın jetle sürüklenmesi mi, yoksa yerinde duran bulutların parlatılması mı olduğu da açık değil.
- Benzetimler tutmuyor. SIMBA adlı kozmolojik benzetimin aynı türden bir yönlü işaret üretebildiği görülüyor, ama genlikleri gözlemden yaklaşık üç büyüklük mertebesi düşük. Yazarlara göre bu, jetin beklenenden ciddi bir enerji katkısı yaptığına işaret ediyor; ama aynı zamanda modelin eksik olduğu anlamına da geliyor.
- Kıyas yapılabilmesi için gereken şeyi de yazarlar sayıyor: yıldız kütlesi, radyo gücü, halo kütlesi, bakış açısı ve jet yaşı bakımından eşleştirilmiş benzetim örneklemleri. Bu çalışmada jetlerin yaşına dair bir ölçüm yok.
Borthakur, üniversite bülteninde sonucu "kara deliklerin galaksileri nasıl etkilediğine dair uzun süredir süregelen gizemi çözen, yol açıcı bir sonuç" diye niteliyor. Ölçümün kendisi bundan daha ölçülü: elde, tek bir galaksinin değil, yüzlerce galaksinin ortalamasında bir yön tercihi var.
Açık soru, iki parlak bölge arasındaki boşluk. Jet ekseninin ortası neden sönük? Gaz oraya hiç girmiyor mu, yoksa girip de görünmez hâle mi geliyor? Bunu ayırmak için yığın ortalaması yetmez; tek tek zarfların haritası gerekir. DESI'nin veri sürümleri büyüdükçe ve LOFAR taraması genişledikçe hizalı bakış hattı sayısı 74'ün üstüne çıkacak. O zaman soru "jet zarfa dokunuyor mu" olmayacak; "ne kadarını, ne kadar süre ısıtıyor" olacak.
Fotoğraf: NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), CC BY 3.0, Wikimedia Commons
