Kara Delik Etrafındaki Sonsuz Işık Halkalarını Görmek
Geçen sene tarih yazıldı. Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarının uzun, özenli çalışması, 55 milyon ışık yılı uzaklıkta süper kütleli bir canavar olan kara delik M87 olay ufkunun ilk doğrudan görüntüsünü üretti. Bu görkemli, altın, bulanık görüntü kara delikler hakkındaki birçok fikrimizi doğruladı.
Ancak görüntü geldiğinde bilim durmadı. Bilim insanlarından oluşan ekip şimdi, M87’den öğrendiklerimize dayanarak, genel görelilik tahminleriyle birlikte, bu nesneleri nasıl bir gün daha fazla görebildiğimizi tahmin etmek için daha ayrıntılı hesaplamalar yaptı.
Kara delikler inanılmaz derecede kütleçekimsel olarak yoğundur. O kadar büyük değiller ki, ışık hızı bile yerçekimi çekimlerine karşı kaçış hızı elde etmek için çok yavaş değil, aynı zamanda olay ufkunun ötesinde, ışığı geçirme yolunu da büküyorlar.
Geçen bir foton biraz fazla yakınsa, kara deliğin etrafında yörüngeye sıkışır. Bu, “foton halkası” veya “foton küresi” olarak adlandırılan şeyi oluşturur, bu, karadeliği çevreleyen, toplanma diskinin iç kenarının içinde, ancak olay ufkunun dışında mükemmel bir ışık halkasıdır.
Bu aynı zamanda en içteki yörünge olarak da bilinir ve 1978’de astrofizikçi Jean-Pierre Luminet tarafından oluşturulan aşağıdaki görüntüde görebilirsiniz.
Kara deliğin çevresinin modelleri, foton halkasının sonsuz ışık halkalarından oluşan karmaşık bir alt yapı oluşturmasını önermektedir.
Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden astrofizikçi Michael Johnson, “Karadeliğin görüntüsü aslında iç içe geçmiş bir halka serisi içeriyor.” “Her ardışık halka yaklaşık aynı çapa sahiptir, ancak giderek daha keskin hale gelir, çünkü ışığı gözlemciye ulaşmadan önce kara deliği daha fazla yörüngede topladı. Mevcut EHT görüntüsüyle, görüntüde ortaya çıkması gereken tam karmaşıklığın bir özetini yakaladık.”
Kara Delik Foton Halkası
M87’nin bu tarihi ilk görüntüsünde (yukarıda), toplanma diskini görebiliriz – bu parlayan turuncu altın kısımdır -. Ortadaki siyah kısım kara deliğin gölgesidir. Foton küresini göremeyiz, çünkü halka çok incedir ve çözünürlük bunu yapmak için yeterince yüksek değildir, ancak kara deliğin gölgesinin kenarında olmalıdır.
Eğer görebilseydik, bu halka bize kara delik hakkında çok önemli şeyler söylerdi. Halkanın boyutu bize kara deliğin kütlesini, boyutunu ve dönüşünü söyleyebilir. Bunları toplama diskinden belirleyebiliriz, ancak foton halkası daha hassas bir ölçüm için verileri daha da kısıtlamamıza izin verecektir.
Araştırmacılar makalelerinde, “Her alt dize, Evrenin herhangi bir yerinden foton kabuğu tarafından toplandıktan sonra gözlemci ekranına doğru lenslenmiş fotonlardan oluşur.” “Bu nedenle, emilimi olmayan ideal bir ortamda, her alt dize, tüm evrenin ayrı, üstel olarak demagniye edilmiş bir görüntüsünü içerir; sonraki her bir alt dize, görünür evreni daha erken bir zamanda yakalar.
“Birlikte, alt dizeler bir filmin karelerine benziyor ve kara delikten görüldüğü gibi görünür evrenin tarihini yakalıyor.”
Bu nedenle Johnson ve ekibi, gelecekteki gözlemlerde foton halkalarını tespit etmenin fizibilitesini belirlemek için modelleme kullandılar. Kolay olmayacak olsa da, yapılabileceğini buldular.
M87’yi Görüntülemek
M87 görüntüleme yaratıcılık ve işbirliğinin bir başarısıydı. Dünyanın dört bir yanındaki teleskoplar, Event Horizon Telescope adlı çok uzun bir taban çizgisi interferometresi oluşturmak için birlikte çalıştı, burada dizideki teleskoplar arasındaki kesin mesafeler ve zaman farkları, gözlemlerini birleştirmek için hesaplanabilir. Çok, çok basit bir ifadeyle, tek bir Dünya büyüklüğünde teleskopa sahip olmak gibi diyebiliriz.
Johnson, “Bizi gerçekten şaşırtan şey, iç içe geçmiş alt dizilerin görüntülerdeki çıplak gözle neredeyse mükemmel görünmezken – hatta mükemmel görüntülerdi – interferometre adı verilen teleskop dizileri için güçlü ve net sinyaller olmasıydı.
“Kara delik görüntüleri yakalamak normalde birçok dağıtılmış teleskop gerektirirken, alt dizeler birbirinden çok uzak olan iki teleskop kullanarak çalışmak için mükemmeldir. Event Horizon Teleskopuna bir uzay teleskobu eklemek yeterli olacaktır.”
Dünya yörüngesine bir teleskop koymak harika bir başlangıçtır, ancak bize sadece halkalardan birinin net bir görüntüsünü verecektir.
İkincisini tespit etmek için, Ay’a bir teleskop koyarak Dünya yörüngesinden biraz daha ileri gitmelisiniz. Ve üçüncü, hatta daha da ötesinde, yukarıdaki diyagramda L2, Lagrange noktası denilen Güneş-Dünya yerçekimi etkileşimi tarafından oluşturulan Ay’ın ötesine istikrarlı bir pozisyonda koymalısınız. Bunların hiçbiri mümkün değildir. NASA, Ay’a mürettebatlı bir görev planlıyor. L2’de halihazırda bir takım uydular da bulunmakta. Yeni nesil Event Horizon Teleskopu için çalışmak heyecan verici bir hedef.
