Galaksimizin merkezindeki karadelik

Karadelik denilince, aslında ilk olarak büyük kütleli yıldızların ömürlerinin sonunda ortaya çıkan çok yoğun cisimler akla gelir. Karadelik oluşturabilecek yıldızlar Güneş'in kütlesinin en az 8 katı ve üstü olanlardır. Dolayısıyla Güneş ve benzeri kütledeki yıldızların ölümüyle karadelik oluşmaz. 

Günümüzde astronomlar karadelikleri üç gruba ayırmaktadır. Bunlar; yıldız kökenli karadelikler, orta kütleli karadelikler ve süper kütleli karadelikler. 

Yıldız kökenli karadelikler, büyük kütleli yıldızların ölümüyle oluşan cisimlerdir. Orta kütleli karadelikler ise 100 Güneş kütlesi ve üstü kütleye sahip karadeliklerdir. Bu karadeliklerin büyük kütleli yıldızların ölümleriyle oluşmaları mümkün görünmüyor, çünkü ölümünden sonra geriye 100 Güneş kütlesi kalabilecek yıldızların olmadığını biliyoruz. Dolayısıyla en olası açıklama; yıldız kütleli karadeliklerin birleşerek daha büyük kütleli, yani orta kütleli, karadelikleri oluşturmuş olmalarıdır. 

Orta kütleli karadeliklerin oluşumlarını anlamak için önemli bulgular son yıllarda hayatımıza giren kütleçekim dalgaları ile elde edildi. Kütleçekim dalgalarını tespit eden LIGO ve VIRGO deneyleri, şimdiye kadar birkaç karadelik birleşmesi olayı gözledi. Özellikle Haziran 2020'de duyurulan GW190521 olayında 85 ve 66 Güneş kütlelerinde iki karadeliğin birleştiği belirlenmişti. Böyle bir birleşme ile ortaya çıkacak karadeliğin kütlesi 142 Güneş kütlesine eşdeğer oluyor. Bu gözlem, orta kütleli karadeliklerin oluşumu hakkındaki teorilere önemli bir gözlemsel destek sağladı. 

Galaksimizin Merkezini Gözlemek 

1609'da Galileo'nun kullandığı ilk teleskoptan bugüne kadar, teleskopların çapı büyüdü, kullanılan teknolojiler değişti, modern detektörler geliştirildi. Ancak yine de galaksimizin merkezinde bir karadelik olduğunu belirleyebilmek için 1990'ların ortalarına kadar beklemek zorunda kaldık. 

Optik bölgede çalışan teleskoplarımız galaksimiz Samanyolu'nun merkezini göremiyorlar. Galaksi diskindeki yoğun yıldızlararası gaz ve toz merkezdeki yıldızlardan gelen ışığı soğuruyor ve sönümlendiriyor. En güçlü teleskobumuz Hubble Uzay Teleskobu bile bu sönükleşme karşısında yetersiz kalıyor. 

Galaksi merkezini gözleyebilmemiz iki önemli gelişme ile mümkün oldu. Bunlardan birincisi kırmızıöte gözlemlerin başlaması, diğeri de adaptif optik uygulamaları. 

Kırmızıöte gözlemler, yıldızlararası gaz ve tozdan daha az etkileniyor. Böylece kırmızıöte bölgede çalışan güçlü teleskoplar, galaksi merkezini görüntüleyebiliyorlar. 

1994'ten beri çalışan Keck Teleskopları Dünyanın en iyi gözlem yerlerinden biri olan Hawaii'deki Mauna Kea Dağında bulunuyorlar. 10 m çapındaki bu ikiz teleskoplar yakın kırmızıöte bölgedeki gözlemlerle galaksi merkezindeki yıldızları ayırabilecek özelliklere sahip. 

Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) 1998'de çalışmaya başlayan VLT teleskobu ise her biri 8.2 m çapında olan 4 teleskoptan oluşuyor. VLT teleskobu Şili'nin Atacama Çölünde konuşlanmış durumda. Atacama Çölü, Antartika'dan sonra Dünyadaki en iyi ikinci gözlem yeri. 

Hem Mauna Kea Gözlemevi hem de Atacama Çölündeki gözlemevleri, Dünya atmosferindeki su buharının görece daha az olduğu yerler. Bu gözlem yerleri kırmızıöte bölgede yapılacak gözlemler için olabilecek en iyi yerler. 

Kırmızıöte gözlemler, adaptif optik ile birleşince 8-10 m çapındaki teleskoplar ile galaksimizin merkezini çok ayrıntılı bir şekilde inceleyebildik. Adaptif optik, en basit haliyle atmosferin gökcisimlerinden gelen fotonlar üzerindeki bozucu etkileri arındırmaya yarıyor. Uzaya yerleştirilen teleskoplar atmosferden etkilenmiyor ancak maliyetleri çok fazla. Buna bağlı olarak gözlem zamanları da çok değerli. Yere konuşlandırılmış büyük teleskoplar adaptif optik uygulamaları kullanıldığında ve özellikle kırmızıöte bölgede gözlem yapıldığında neredeyse uzay teleskoplarıyla yarışır hale gelebiliyor. 

Türkiye'nin ilk kırmızıöte teleskobu olan DAG (Doğu Anadolu Gözlemevi) teleskobunun 2022 yılında çalışmaya başlaması bekleniyor. Atatürk Üniversitesi koordinatörlüğünde yapımı devam eden Doğu Anadolu Gözlemevi'ndeki 4 metrelik teleskop da adaptif optik sistemiyle donatılmış olarak çalışacak. DAG teleskobunun adaptif optik sistemi FMV Işık Üniversitesi'nin Optomekatronik Uygulama ve Araştırma Merkezi tarafından tasarlandı ve üretildi. DAG-AO sistemi teleskoba takılmaya hazır bir şekilde bekliyor. Türkiye'deki astronomlar da bu sayede yıldızlararası gaz ve tozdan etkilenmeden keskin gözlemler yapabilecek. 

Süper Kütleli Karadelikler 

ABD'nin Keck ve ESO'nun VLT teleskopları 20 yıldan uzun bir süredir galaksi merkezini incelemek için kullanılıyor. 20 yıllık çalışmanın sonunda, galaksi merkezindeki yıldızların hareketlerinin incelenmesiyle merkezde bir karadelik olduğu belirlendi. Ayrıca, yıldızların karadelik çevresindeki yörüngelerinden yararlanarak bu karadeliğin kütlesinin yaklaşık 4 milyon Güneş kütlesine eşdeğer olduğu hesaplandı. 

Yıldız kütleli veya yıldız kökenli karadelikler ve orta kütleli karadeliklerden sonra milyon Güneş kütlesine sahip bu karadelikler yeni bir grup oluşturuyor. Astronomlar bu karadelikleri "süper kütleli karadelikler" olarak adlandırıyor. 

Süper kütleli karadeliklerin nasıl oluştukları henüz bilinmiyor. Ancak bugün bütün galaksilerin merkezlerinde böyle bir karadeliğin olduğu kabul ediliyor. Hatta bu büyük kütleli karadeliklerin bazı galaksilerde olağanüstü yıldız oluşum aktivitesine neden olduğu biliniyor. Böyle galaksilere "aktif galaksi çekirdeği" (AGN) deniyor ve günümüzün en yaygın araştırma konularından birini oluşturuyor. 

Henüz kökeni bilinmese de, galaksimizin merkezindeki dev kütleli karadeliğin keşfi ve kütlesinin belirlenmesi nedeniyle 2020 Nobel Fizik Ödülü Keck ve VLT teleskoplarını kullanan araştırma ekiplerine verildi. 

Yakın bir zamanda, Dünya genelindeki çeşitli radyo teleskoplar kullanılarak Virgo Kümesindeki M87 galaksisinin merkezindeki bu türden süper kütleli karadelik görüntülenebildi. Bir karadeliğin doğrudan elde edilen ilk görüntüsü olarak tarihe geçen bu gözlem, süper kütleli karadeliklerin incelenmesi için atılan önemli bir adımdı. Olay Ufku Teleskobu adı verilen bu radyo teleskop ağı çalışmalarına devam ediyor. Bu sayede süper kütleli karadeliklerin kökenini anlayabileceğimizi umuyoruz.