XMM-Newton Uydusu Kozmik Devin Kalp Atışlarını Yakaladı

 NASA Goddard Space Flight Center

XMM-Newton uydusu

XMM-Newton uydusu, gök cisimlerinden yayılan X-ışınlarını gözlemlemek için tasarlanmış ve Avrupa Uzay Ajansı (ESA) tarafından 10 Aralık 1999’da fırlatılmış bir uzay teleskopudur.

XMM-Newton, 1ES 1927+654'ün merkezindeki süper kütleli kara deliği ilk kez 2011 yılında gözlemledi. Kara delikler, uzay-zamanın olay ufku olarak bilinen bölgesini geçen herhangi bir madde veya enerjiyi hapseden, güçlü kütle çekim alanlarına sahip kozmik yapılardır. Bir kara deliğe düşen madde, yığılma olarak bilinen bir süreçten geçer. Bu süreçte madde, kara deliğin etrafında yığılma diski adı verilen bir yapı oluşturur. Devam eden süreçte yığılma diskindeki gaz ısınarak büyük ölçüde morötesi (UV) ışınım yayar. UV ışınları, kara deliği ve yığılma diskini çevreleyen elektrik yüklü gaz bulutu veya plazmayla etkileşime girer. UV fotonları, koronadaki yüksek enerjili elektronlarla çarpışarak enerji kazanır ve böylece X-ışınlarına dönüşür. İşte XMM-Newton gibi X-ışını teleskoplarının bu tür sistemlerden tespit ettiği temel ışınım da bu X-ışınlarıdır

O dönemde 1ES 1927+654 kara deliğinde tüm fiziksel süreçler olağan görünüyordu ancak 2018'de beklenmedik bir değişim yaşandı. Gök bilimciler, bilimsel gözlemlere dayanarak 1ES 1927+654 gök adasında büyük bir patlama meydana geldiğini ve X-ışını koronasının kaybolduğunu belirledi. 2021’in başlarında bu X-ışını yayılımı yeniden normale dönmeye başladı.

Pan-STARRS

1ES 1927+654 gök adası (yeşil çember içinde)

2022 yılının temmuz ayına gelindiğinde, X-ışını gözlem uydusu XMM-Newton, 1ES 1927+654 gök adasının merkezinden kaynaklı X-ışını yayılımının 400 ile 1000 saniye arasında değişen zaman ölçeğinde, yaklaşık %10 oranında değiştiğini gözlemledi. Bu değişimler, süper kütleli kara deliklerde tespit edilmesi epey zor olan yarı periyodik salınımlar (Quasi-periodic oscillations-QPO) olarak adlandırılır. QPO'lar, kara deliğin etrafındaki maddenin karmaşık hareketlerinden kaynaklanan, nadir gözlemlenen olaylardır.

Salınımlar, bir yıldız gibi büyük bir nesnenin yığılma diskine gömülü olduğunu ve kara deliğin etrafında yani yutulma yolunda hızla döndüğünü gösterir. Nesne kara deliğe yaklaştıkça yörüngede dolanma süresi kısalır ve sonuç olarak salınım frekansında artış meydana gelir.

Hesaplamalar, kara deliğin yörüngesindeki bu nesnenin kütlesinin Güneş’in yaklaşık %10’u oranında olduğunu ve inanılmaz bir hızla hareket eden beyaz cüce türüne benzediğini gösteriyor. Nesne, her 18 dakikada bir yaklaşık 100 milyon km’lik bir mesafe katederek merkezdeki kara deliğin etrafında dolanıyor.

Yaklaşık iki yıl süren gözlemler, XMM-Newton’un tespit ettiği salınımların güç (X-ışını parlaklığındaki periyodik iniş ve çıkışların genliği) ve frekans (sıklık) olarak arttığını ortaya koydu. Araştırma ekibi, nesnenin yörünge enerjisinin kütle çekim dalgaları şeklinde yayıldığını varsayıyordu. Bu fikri test etmek için nesnenin olay ufkunu ne zaman geçerek kaybolacağını yani salınımların ne zaman duracağını hesapladılar. Çıkan sonuç, 4 Ocak 2024 tarihini işaret ediyordu.

2024 yılının mart ayında XMM-Newton, 1ES 1927+654 gök adasını yeniden gözlemledi ve salınımların hâlâ devam ettiğini tespit etti. Nesne artık ışık hızının yarısı kadar bir hızla hareket ediyor ve her 7 dakikada bir etrafındaki yoğun madde diskinin yörüngesinde dolanıyordu. Süper kütleli kara delikler için çok sıra dışı olan bu yüksek hızın gök adanın geçmişte yaşadığı patlamanın etkisiyle açıklanabileceği belirtiliyor.

Araştırmacılar, salınımların kaynağı için başka bir olasılığı da göz önünde bulunduruyor. X-ışın koronasının 2018 yılında kayboluşu, bu bulutun kendisinin salınım yapıp yapmadığı konusunda merak uyandırıyor. Ancak bu, araştırmacılar için çözüme kavuşmamış bir sorun olarak duruyor. Çünkü bu tür bir davranışı açıklayabilecek yerleşik bir teori bulunmuyor. Bu noktada araştırmacılar, ilk modele geri dönerek modeli nasıl geliştirebileceklerini araştırmaya yöneliyor.

1ES 1927+654 gök adasındaki süper kütleli kara deliğin çevresindeki maddeyle etkileşimi, benzer gök cisimlerinde görülen etkileşimlere benziyor olabilir mi? Bu sorunun cevabını bulmak için gök bilimcilerin kara deliğin etrafındaki maddenin hareketini detaylı olarak incelemesi gerekiyor. XMM-Newton uydusunun gelecekteki X-ışını gözlemleri ve tayf analizleri bu konuda önemli bilgiler sağlayabilir.

1ES 1927+654 isimli gök ada ve merkezindeki kara deliğin sanatsal gösterimi

Kaynaklar:

• https://www.esa.int/Enabling_Support/Operations/XMM-Newton_operations
• https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/XMM-Newton/XMM-Newton_celebrates_25_years_of_breakthroughs
• https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/XMM-Newton/XMM-Newton_catches_giant_black_hole_s_X-ray_oscillations
• https://svs.gsfc.nasa.gov/api/detailspage/13321/recommended/display?id=details_page_13321_rec_pages&
• https://science.nasa.gov/universe/astronomers-catch-unprecedented-features-at-brink-of-active-black-hole/
• https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/XMM-Newton/XMM-Newton_catches_giant_black_hole_s_X-ray_oscillations?rand=771654
• Masterson, M., Kara, E., Panagiotou, C., Alston, W. N., Chakraborty, J., Burdge, K., ... & Wang, J. (2025). Millihertz Oscillations Near the Innermost Orbit of a Supermassive Black Hole. arXiv preprint arXiv:2501.01581.

Gök Bilimci Mehmet Oğuzhan ERTURAN

Konya Bilim Merkezi