Mrk 501’in Kalbinde İkinci Bir Jet Saklanıyor

Bir galaksinin merkezinde iki devasa kara delik birbirinin etrafında yalnızca dört ayda bir tur atıyorsa, onları doğrudan görmemiz mümkün müdür? Hayır; ama kara deliklerin kendilerini değil, fırlattıkları madde akımlarını (jet) izleyerek varlıklarını sezebiliriz. Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü’nden Silke Britzen önderliğindeki ekip, Mrk 501 adlı galaksinin çekirdeğinde tam da böyle bir iz buldu: bilinen jetin yanında ikinci bir jet.

Sonuçlar Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi. Bulgu henüz kesin bir kanıt değil; ekibin kendisi de bunu “en güçlü açıklama” olarak sunuyor. Yine de olası bir süper kütleli kara delik ikilisi (supermassive black hole binary) çiftinin bu kadar yakın bir mesafede, hem de radyo görüntülerinde ipucu bırakarak yakalanması gökbilim açısından çok değerli.

Mrk 501 neden özel bir hedef?

Markarian 501, Dünya’dan yaklaşık 464 milyon ışık yılı uzaklıkta, bir blazar (blazar) olarak sınıflanan aktif bir galaksidir. Blazarlarda kara deliğin ürettiği jet neredeyse doğrudan bize doğru bakar; bu yüzden elektromanyetik tayfın radyodan gama ışınlarına kadar her bölgesinde çok parlak görünür. Aynı parlaklık bir de sorun yaratır: bize dönük jet o kadar baskındır ki çekirdeğin geri kalanındaki ince ayrıntılar onun gölgesinde kalır.

Ekip, çekirdeği yaklaşık 23 yıl boyunca birden çok radyo frekansında izleyen yüksek çözünürlüklü gözlemleri yeniden çözümledi. Makalenin özetine göre bunların önemli bir bölümü 43 GHz’te alınmış, Amerika’daki Çok Uzun Taban Çizgili Dizi (VLBA) verileridir; onlarca gözlem günü incelendi. Birçok radyo antenini tek bir dev teleskop gibi birleştiren bu yöntem, evrendeki en keskin görüntüleri verir.

İkinci jet nasıl ortaya çıktı?

Görüntülerde bilinen jetin yanında, ana çekirdeğin çevresinde saat yönünün tersine dolanan ikinci bir yapı seçildi. Bu “Jet 2” yalnızca birkaç hafta içinde belirgin biçimde değişiyordu; ekip bunu bir salıncağa benzetti: tüm jet sisteminin yörünge düzlemi sallanıyor. Parlaklık eğrilerinde iki zaman ölçeği çıktı: yaklaşık 7 yıllık bir yalpalama (devinim) ve yaklaşık 121 günlük daha kısa bir periyot. Yazarlar 121 günlük sinyalin daha az kesin olduğunu belirtiyor.

Dikkat çeken bir ayrıntı da Haziran 2022 görüntüsü: ikinci jetin ışığı, bilinen kara deliğin kütleçekimiyle bükülerek kısmi bir halka biçimi almış. Bu, kütleçekim merceği (gravitational lensing) etkisinin tipik bir izidir ve ancak jet, mercek görevi gören kara delik ve Dünya neredeyse aynı doğrultuda olduğunda görülür. Basın bültenlerinde “halka” denirken makale “kısmi” halkadan söz eder; ikincisi daha temkinli bir ifadedir.

Sayılar ne söylüyor?

Yorumlamaya göre iki kara deliğin her biri 100 milyon ile 1 milyar Güneş kütlesi arasında, aralarındaki uzaklık ise Dünya–Güneş mesafesinin (1 AB) yaklaşık 250–540 katı. Kütleler kesin bilinmediği için birleşme zamanı da belirsiz: kütleler üst sınıra yakınsa çarpışma yaklaşık yüz yıl içinde gerçekleşebilir; bu, kesin bir öngörü değil, üst uçtaki bir senaryodur.

Fizik köşesi: Kepler ile hızlı bir tutarlılık testi

Raporlanan periyot ile ayrım birbirini tutuyor mu? Kepler’in üçüncü yasasını Güneş kütlesi, yıl ve AB birimlerinde yazarsak toplam kütle için şu bağıntı elde edilir:

$$M_{\text{toplam}} \approx \frac{a^{3}}{P^{2}}$$

Burada \(P = 121/365{,}25 \approx 0{,}33\) yıl, yani \(P^{2}\approx 0{,}11\). \(a = 250\) AB için \(a^{3}\approx 1{,}6\times10^{7}\) ve \(M\approx 1{,}4\times10^{8}\,M_\odot\); \(a = 540\) AB için \(a^{3}\approx 1{,}6\times10^{8}\) ve \(M\approx 1{,}4\times10^{9}\,M_\odot\) çıkar. Bu, makalenin kütle aralığıyla aynı mertebededir (kırmızıya kayma düzeltmesi yaklaşık yüzde birkaç düzeyinde olup burada ihmal edildi). Bu hesap bizim kaba tahminimizdir, makaledeki bir sonuç değildir.

İkili yörünge periyodu \(P\) ise kütleçekim dalgalarının frekansı yaklaşık \(f_{\text{GW}} = 2/P\) olur: \(2/(1{,}05\times10^{7}\,\text{s}) \approx 1{,}9\times10^{-7}\,\text{Hz}\), yani yaklaşık 190 nanohertz. Bu, pulsar zamanlama dizilerinin (pulsar timing arrays) duyarlı olduğu nanohertz bandının içindedir.

Neden önemli?

Süper kütleli kara delik ikilileri, 2023’te Avrupa Pulsar Zamanlama Dizisi ve diğer ekiplerin bildirdiği kütleçekim dalgası arka plan sinyalinin başlıca aday kaynağı sayılıyor. Mrk 501 doğrulanırsa bu arka plandan tek bir adrese işaret edilebilir. Ayrıca iki kara deliğin yaklaşık bir parsek ölçeğinde yörüngesinin “takılıp kalabileceği” sorunu (final parsec problem) vardır; burada ayrım bunun çok altında ve ikili, bu engeli çoktan aşmış görünüyor.

Henüz bilinmeyenler

Makalenin özetinde de belirtildiği gibi Mrk 501’de ikili kara delik bulunup bulunmadığı uzun süredir tartışılan bir konudur. İkililer Olay Ufku Teleskobu’yla bile ayrı ayrı çözülemez; yörünge daralması doğrudan izlenemiyor. Ayrıca son birleşme evresini doğru anlatan kuramsal modeller yok. Doğrulama için ya yeni radyo gözlemleri ya da pulsar zamanlama dizilerinde bu kaynağa özgü bir nanohertz sinyali gerekiyor.

Kaynak: S. Britzen ve ark., “Detection of a second jet within the nuclear core of Mrk 501”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, DOI: 10.1093/mnras/stag291. Max Planck Society haberi: First close pair of supermassive black holes detected? ve ScienceAlert. Kapak görseli: iki süper kütleli kara deliğin simülasyonu, Jeremy Schnittman (NASA Goddard), CC BY 4.0, Wikimedia Commons.