Samanyolu'nun en hızlı yıldızı süper kütleli kara deliğe ışık tuttu

Uluslararası bir gökbilimci ekibi, Samanyolu'nun merkezindeki süper kütleli kara delik Sagittarius A*'nın yakın çevresinde dolanan S301 adlı yıldızın hareket hızını ilk kez belirledi. Galaksinin bilinen en hızlı yıldızı, bilim insanlarına kara deliğin dönüş hızını ölçme ve Albert Einstein'ın genel görelilik teorisinin sınırlarını test etme fırsatı sunuyor.

S301, uzayda saniyede 25 bin kilometre hızla ilerliyor. Bu hız, ışık hızının yaklaşık 12'de biri. Yıldızın bu olağanüstü hızı, Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğe olan aşırı yakınlığından kaynaklanıyor. En yakın noktada, S301 ile Sagittarius A* arasındaki mesafe, Satürn ile Güneş arasındaki uzaklığa denk geliyor. Bu, yıldızın kara deliğe bilinen diğer tüm yıldızlardan daha yakın bir yörüngede döndüğü anlamına geliyor.

Kara deliğin dönüşü Einstein'ın teorisini test edecek

Gökbilimciler kara delikleri incelerken özellikle kütlelerine ve dönüş hızlarına odaklanıyor. Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin kütlesi, daha uzakta yörüngede dönen S2 yıldızının onlarca yıllık gözlemleriyle belirlenmişti. Ancak İsviçre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nin (CERN) astrofizikçisi Andrea Caputo, Science dergisine yaptığı açıklamada, dönüş hızının kara deliğin doğasına dair eksiksiz bir resim sunacağını söyledi. İki temel gösterge, kara deliğin tüm davranışını belirliyor.

Einstein'ın genel görelilik teorisine göre, dönen her kütleli cisim etrafındaki uzay-zamanı sürüklüyor. Bu sürüklenme, yakındaki yıldızların yörüngelerinde Lense-Thirring devinimi adı verilen hafif bir kaymaya neden oluyor. S301'in kara deliğe bu denli yakın olması, bu ince sapmanın ilk kez ölçülebilmesini sağlayabilir. Yıldızın yörünge süresinin yalnızca 8,7 yıl olması, veri toplamayı bilim insanlarının yaşam süresi içinde tamamlamayı mümkün kılıyor.

Daha önce incelenen S2 yıldızı, kara deliğe S301'den yaklaşık on kat daha uzakta hareket ediyordu. Bu nedenle gökbilimciler yalnızca basit görelilik etkilerini tespit edebildi: Işığın kütleçekim alanında kırmızıya kayması ve yörüngenin rozet şeklindeki Schwarzschild devinimi.

Ekip, Şili'deki teleskopla yıldızı gözlemledi

Araştırmacılar, Şili'deki Avrupa Güney Gözlemevi'ne (ESO) ait Çok Büyük Teleskop'u kullandı. GRAVITY adlı cihaz, dört dev aynanın topladığı ışığı birleştirerek sanal bir teleskop oluşturdu. Bu sistem, 27 bin ışık yılı uzaklıktaki nesneleri ayırt edebilecek çözünürlüğe sahip. Nispeten sönük olan S301, ekip tarafından ilk kez geçen yıl fark edildi. Arşiv verilerini inceleyen ekip, yıldızın 2017 ve 2021 yıllarındaki hareketini de yeniden yapılandırdı.

Bu kadar güçlü bir kütleçekim alanında, gaz ve toz bulutlarından yeni yıldızların oluşması mümkün değil. Çünkü kara deliğin çekim gücü bulutları hızla parçalıyor. Araştırmanın ortak yazarı ve Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü doktora öğrencisi Felix Mang, S301'in aslında bir çift yıldız sistemine ait olduğunu öne sürüyor. Çift yıldız sistemi Sagittarius A*'ya çok yaklaştığında, kara delik sistemin bir üyesini yakalayıp diğerini galaksinin dışına fırlatmış olabilir (Hills mekanizması).

Galaksiden fırlatılan ikiz yıldızın akıbeti de ilgi çekici. 2019'da gökbilimciler, galaksinin merkezinden saniyede 1755 kilometre hızla uzaklaşan S5-HVS1 adlı bir yıldız gözlemlemişti. CERN'deki araştırmacılar, S301'in ve fırlatılan yıldızın kinetik enerjilerini karşılaştırarak aralarında matematiksel bir uyum buldu. Ancak bu bağlantı şimdilik dolaylı; kesin bir kanıt için her iki yıldızın kimyasal bileşimlerinin detaylı karşılaştırılması gerekiyor.

Şu an için kara deliğin dönüş hızının kesin olarak belirlenmesi yaklaşık on yıl sürecek. Araştırmanın ortak yazarı Stefan Gillessen, Science'a verdiği demeçte, bilim tarihinde ilk kez doğrudan bir spin ölçümü umuduyla verileri iyileştirmek için yoğun çalıştıklarını söyledi. Paris Gözlemevi'nden gökbilimci Juan Osorno ise, bu keşif olmasaydı gökbilimin dönüş hızını hesaplamak için onlarca yıl daha beklemesi gerekeceğini belirtti. Araştırma, Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlandı.