Başak takımyıldızında yer alan ve Charles Messier’in 1784 yılında “yıldızsız bulutsu” olarak kaydettiği parlak leke, yüzyıllar boyunca gökbilimcilerin aklını kurcaladı. 1918’de merkezinden çıkan gizemli bir ışık demeti tespit edildiğinde kimse bunun nedenini açıklayamamıştı. Artık biliniyor ki Messier 87 adındaki bu parlak gök cismi, yaklaşık 5.000 ışık yılı uzunluğunda parçacık jetleri yayan devasa bir galaksinin kalbinde bulunan süper kütleli bir kara delik — M87* — barındırıyor. Ve şimdi bu kara delik, 100 yıldır gizemini koruyan bir bilmecenin daha çözümü oldu.
100 yıllık gizem çözüldü
2019’da Event Horizon Telescope iş birliği, M87 galaksisinin merkezinde yer alan kara deliğin ilk görüntüsünü yayınlamadan tam bir yüzyıl önce, gökbilimci Heber Curtis, galaksinin merkezinden çıkan sıra dışı bir jet keşfetmişti. Bugün bu jetin, kara delik M87* tarafından yayıldığını biliyoruz. Benzer jetler, diğer dönen kara deliklerde de gözlemleniyor. Frankfurt Goethe Üniversitesi’nden araştırmacılar, Güneş’in kütlesinin 6,5 milyar katı büyüklüğündeki kozmik motoru kullanarak kara deliklerin dönme enerjilerini ultra hızlı jetlere nasıl dönüştürdüğünü ortaya koydu.
Yeni simülasyonlara göre, bu dev kozmik motorlar enerjilerini yalnızca manyetik alanlardan değil, manyetik yeniden bağlanma (magnetic reconnection) adı verilen bir süreç aracılığıyla da dışa aktarabiliyor. Bu süreç, kara deliğin dönüş enerjisinin manyetik alanlar aracılığıyla ışık hızına yakın hızlarda uzaya fırlatılan madde jetlerine aktarılmasını sağlıyor.
Dönüş enerjisi, kara deliğin neredeyse ışık hızında parçacık jetleri fırlatmasını sağlıyor ve bu jetler 5.000 ışık yılı boyunca uzanıyor. Benzer jetler diğer dönen kara deliklerden de yayılarak evrendeki enerji ve madde dağılımına katkıda bulunuyor ve galaksilerin evrimini etkileyebiliyor.
Bilim insanları, kara deliklerin dönme enerjisini nasıl açığa çıkardığını anlamak için FPIC (Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes) adını verdikleri yeni bir simülasyon aracı geliştirdi. Bu araç, Blandford–Znajek mekanizması olarak bilinen ve dönen kara deliklerin manyetik alanlar aracılığıyla kendi enerjilerini çevrelerine aktarabildiğini açıklayan modele ek olarak manyetik yeniden bağlanmanın da önemli bir rol oynadığını ortaya koydu. Bu olayda, manyetik alan çizgileri kopup yeniden birleşerek enerjiyi ısıya, radyasyona ve plazma patlamalarına dönüştürüyor. Bu olaylar, kara deliğin yakın çevresinde Albert Einstein’ın genel görelilik kuramı çerçevesinde hem yoğun yerçekimi hem de güçlü elektromanyetik alanların etkileşimiyle gerçekleşiyor.
Ekip, FPIC kodu ile sayısız yüklü parçacığın ve aşırı manyetik alanın davranışını simüle etti. Simülasyonlar, Frankfurt’taki “Goethe” süper bilgisayarı ve Stuttgart’taki “Hawk” sisteminde milyonlarca CPU saati kullanılarak gerçekleştirildi.
Hesaplamalar, kara deliğin ekvator düzleminde yoğun yeniden bağlantı bölgelerinin oluştuğunu ve bunun sonucunda ışık hızına yakın hareket eden plazma zincirleri – ya da “plazmoidler” – meydana geldiğini gösterdi. Bu süreçte, negatif enerjili parçacıkların üretildiği de tespit edildi. Araştırmacılara göre bu parçacıklar, kara deliğin dönüş enerjisinin açığa çıkmasında ve evrendeki jet ile plazma patlamalarının güçlenmesinde kilit rol oynuyor.
Not: Burada “negatif enerjili parçacıklar”, kara deliğin dönme enerjisini azaltabilen ve bu sayede enerji çıkışını mümkün kılan teorik parçacıkları ifade ediyor. Bu parçacıklar fiziksel olarak “negatif enerjiye” sahip değiller, enerjileri kara deliğin dönme çerçevesine göre negatif olarak tanımlanır.
Çalışmanın ortak yazarlarından Dr. Filippo Camilloni, “Sonuçlarımız, Blandford–Znajek mekanizmasının kara delikten dönme enerjisini çıkarabilen tek astrofiziksel süreç olmadığı, manyetik yeniden bağlanmanın da buna katkıda bulunduğu ilginç bir olasılığı ortaya koyuyor,” diyor.
