Gökbilimciler İlk Kez Bir Karadeliği Görüntüledi

Messier 87 Galaksisi'nin merkezindeki kara delik

Sekiz yer-konuşlu radyo teleskoptan oluşan ve uluslararası işbirliği ile geliştirilen gezegen-ölçeğindeki Olay Ufku Teleskopu (EHT) karadelik gözlemleri için tasarlandı. Bugün dünya genelinde koordine edilen bir basın konferansı ile EHT araştırmacıları ilk kez bir süper-kütleli karadeliği ve gölgesini doğrudan gözlemeyi başardıklarını açıkladılar. Bu gelişme bugün altı farklı makale ile Astrophysical Journal Letters adlı derginin özel sayısında duyuruldu.

Görüntüler yakın gökada kümesi Virgo’da bulunan büyük kütleli gökada Messier 87’nin merkezindeki karadeliği gözler önüne seriyor [1].

Bu karadeliğin Yeryüzü’ne uzaklığı yaklaşık 55 milyon ışık-yılı olup kütlesi Güneş’in 6.5 milyar katıdır [2].

EHT sayesinde birbirine bağlı olarak çalışan teleskoplar Dünya-boyutlarında yapay bir teleskop meydana getirmektedirler [3].

Einstein’ın genel görelilik teorisinde tahmin edilen durumu yüz yıl sonra doğrulayan EHT, bilim insanlarına Evren’deki en sıradışı nesneleri yeni bir yöntemle araştırma fırsatı sunuyor [4].

“Bir karadeliğin ilk fotoğrafını çektik,” diyor Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden proje yöneticisi Sheperd S. Doeleman. “Bu bilimsel olarak sıradışı bir çaba gerektiren 200’den fazla araştırmacıdan oluşan bir takım başarısıdır.”

Devasa kütleye sahip karadelikler sıradışı kozmik nesneler olup, boyut olarak aşırı küçüktürler. Bu nesnelerin bulunduğu ortam, çevresini aşırı şekillerde etkilemektedir; uzayın bükülmesi ve çevredeki maddenin aşırı şekilde ısıtılması gibi.

“Parlak bir bölgenin içindeyse, örneğin parıldayan bir gaz diski gibi, karadeliğin gölgeye benzer şekilde karanlık bir bölge yaratmasını bekliyoruz — şimdiye kadar görmediğimiz ancak Einstein’ın genel görelilik teorisiyle tahmin ettiği bir şey,” diye açıklıyor EHT Bilim Konseyi başkanı, Hollanda, Radboud Üniversitesi’nden Heino Falcke.

“Kütleçekimsel eğrilik ve ışığın olay ufku tarafından yakalanması ile oluşan gölge, bu etkileyici nesnelerin doğası hakkında çok şeyi ortaya çıkarmakta olup, bu sayede M87’nin merkezindeki karadeliğin kütlesini ölçebilmemizi sağlamıştır.”

Çoklu kalibrasyon ve görüntüleme yöntemleri karanlık bir merkezi bölgeyi — karadeliğin gölgesi — çevreleyen halka-benzeri bir yapıyı ortaya çıkarmıştır ve sonuçlar bağımsız EHT gözlemleriyle doğrulanmıştır.

“Gölgeyi görüntülediğimizden emin olduğumuzda, gözlemlerimizi, eğri uzayın fiziği, aşırı-ısıtılmış madde ve güçlü manyetik alanlar gibi fiziksel olayları içeren geniş bilgisayar modelleriyle karşılaştırabildik,” diyor Doğu Asya Gözlemevi Müdürü ve EHT Kurulu üyesi Paul T.P. Ho. “Gözlenen görüntünün çoğu özelliği teorik tahminlerle güzelce uyum sağlıyor, bu da gözlemleri yorumlamamızda bize güven veriyor, buna karadeliğin kütlesine dair tahminimiz de dahil” [5].

"Bir teorisyen için teorinin gözlemlerle karşılaştırılması her zaman dramatik bir an olmuştur. Gözlemlerimizin tahminlerimizle oldukça iyi bir şekilde uyuştuğunu anlamak bize bir rahatlık ve gurur verdi," şeklinde yorumluyor EHT Kurulu üyesi, Almanya, Goethe Üniversitesi'nden Luciano Rezzolla. EHT’yi meydana getirmek zorlu bir süreç gerektiriyordu, çünkü yüksek-rakımlara sahip farklı yerleşkelerde hali hazırda çalışır vaziyette olan sekiz teleskoptan dünya genelinde bir bağlantı oluşturmak ve bunları güncellemek gerekiyordu. Bu yerleşkeler arasında Hawai`i ve Meksika’daki volkanlar, Arizona ve İspanyol Sierre Nevada’daki dağlar, Şili’deki Atacama Çölü ve Antarktika yer almaktadır. EHT gözlemleri çok-uzun-hat girişimölçümü (VLBI) adı verilen bir tekniği kullanmaktadır, bu teknikle dünya genelindeki teleskop tesisleri eş-zamanlı hale getirilerek, gezegenimizin kendi etrafındaki dönüşünden faydalanmakta ve bu sayede 1.3 mm dalgaboyunda Dünya-boyutlarında dev bir teleskopla gözlem yapma fırsatı vermektedir. VLBI sayesinde EHT 20 mikro-açı-saniyelik bir açısal çözünürlüğe ulaşabilmektedir — yani Paris’teki bir kafeden New York’taki bir gazeteyi okumaya yetecek kadar [6].

Bu sonuçlara katkı veren teleskoplar arasında ALMA, APEX, IRAM 30-metrelik teleskopu, James Clerk Maxwell Teleskopu, Büyük Milimetre Alfonso Serrano Teleskopu, Milimetre-altı Dizgesi, Milimetre-altı Teleskopu, ve Güney Kutbu Teleskopu yer almaktadır [7].

Teleskoplardan alınan ham verilerin oluşturduğu petabayt büyüklüğündeki dosyaların birleştirilme işlemi Max Planck Radyo Gökbilim Enstitüsü ve MIT Haystack Gözlemevi bünyesindeki aşırı özelleştirilmiş süper-bilgisayarlar sayesinde gerçekleştirilmiştir. Avrupalı tesisler ve fon kaynakları dünya çapındaki bu çaba için kritik rol oymamıştır, özellikle gelişmiş Avrupalı teleskoplar ve Avrupa Araştırma Konseyi’nden BlackHoleCam projesi için temin edilen 14 milyon €’luk bütçe [8].

ESO, IRAM ve Max Planck Derneği’nin desteği yine kritik önemdedir. “Bu sonuç milimetre gökbilimindeki on yıllar süren Avrupalı deneyim üzerine inşa edilmiştir,” diye yorumluyor EHT Kurulu üyesi ve IRAM Direktörü Karl Schuster. EHT’nin kurulumu ve bugün açıklanan gözlemler on yıllardır süren gözlemler ile teknik ve teorik çalışmaların zirve noktasını temsil etmektedir. Dünya genelindeki araştırmacıların yakın işbirliğinde yürütülen bu girişim küresel ekip çalışmasının bir örneğidir. EHT’yi meydana getirmek için on üç ortak enstitü hem hali hazırda var olan altyapıyı hem de değişik kurumlardan elde edilen desteği bir arada kullanmıştır. Ana fon kaynakları ise BD’den Ulusal Bilim Vakfı (NSF), AB’den Avrupa Araştırma Konseyi (ERC) ve Doğu Asya’dan fon kuruluşları olmuştur. “ESO Avrupayı temsil eden liderliği ve EHT’yi oluşturan teleskoplardan ikisi olan Şili’deki ALMA ve APEX’in çok önemli rolleri nedeniyle sonuçlara kayda değer anlamda katkı verdiği için oldukça memnun,” diyor ESO Genel Müdürü Xavier Barcons. “ALMA EHT’deki en duyarlı tesistir ve EHT’nin başarıya ulaşması için 66 yüksek-hassasiyetli anteni kritik bir rol oynamıştır.” “Sadece bir nesil önce imkansız gibi görülen bir şeyi başardık,” diyor son olarak Doeleman. “Teknolojideki atılımlar, dünyanın en iyi radyo gözlemevleri arasındaki bağlantılar ve yenilikçi algoritmaların hepsi bir araya geldiğinde karadelikler ve olay ufku hakkında tamamen yeni bir pencere açıldı.”

Notlar

[1] Bir karadeliğin gölgesi karadeliğin kendi görüntüsüne en çok yaklaşabileceğimiz şeydir, yani kendisinden ışığın bile kaçamadığı tamamen karanlık bir nesne. Karadeliğin sınırı — EHT’nin adını aldığı olay ufku — meydana getirdiği gölgeden 2.5 kat daha küçüktür ve sadece 40 milyar km genişliğindedir.

[2] Süper-kütleli karadelikler görece oldukça küçük astronomik nesnelerdir — bu da onların şimdiye kadar gözlenmesine imkan vermemiştir. Karadeliğin olay ufkunun boyutları kütlesi ile orantılı olduğundan, daha büyük kütleli bir karadeliğin gölgesi daha büyüktür. Devasa kütlesi ve yakınlığı nedeniyle M87’nin karadeliğinin Dünya’dan görülebilecek en büyüklerden biri olduğu tahmin edilmiştir, dolayısıyla EHT için mükemmel bir hedeftir.

[3] Her ne kadar teleskoplar fiziksel olarak bağlı değilseler de, elde ettikleri verileri atomik saatlerle eş-zamanlı hale getirebilmektedirler — hidrojen mazerleri — böyelikle gözlemlerini hassas bir şekilde zamanlayabilmektedirler. Bu gözlemler 2017 yılındaki küresel kampanya süresince 1.3 mm dalgaboyunda toplanmıştır. EHT’yi oluşturan her teleskop aşırı miktarda veri toplamış – günde yaklaşık 350 terabayt – ve bu veriler helyumla dolu yüksek performanslı hard disklerde depolanmıştır. Daha sonra bu veriler birleştirilmek üzere Max Planck Radyo Gökbilim Enstitüsü ve MIT Haystack Gözlemevi’nde bulunan özel olarak tasarlanmış, bağdaştırıcı olarak bilinen süperbilgisayarlara aktarılmıştır Son olarak birleştirilen veriler işbirliği ekibi tarafından titizlikle bilgisayar ortamında geliştirilen araçlarla bir görüntüye dönüştürülmüştür.

[4] 100 yıl önce, Afrika kıyılarındaki Principe Adası ve Brezilya’daki Sobral’da iki sefer düzenlenerek 1919 güneş tutulması gözlenmiştir. Bu seferler sayesinde Einstein’ın genel görelilik ile tahmin ettiği gibi yıldız ışığının güneşin kenarı boyunca kıvrılmasının test edilmesi amaçlanmıştır. Yapılan gözlemlere ek olarak, EHT bazı ekip üyelerini dünyanın en yüksek ve yalıtılmış radyo gözlem tesislerine göndererek bir kez daha kütleçekimi hakkındaki görüşlerimizi test etmiştir. 

[5]EHT proje ortaklarından Doğu Asya Gözlemevi (EAO) Asya’daki çoğubölgeden katılımı temsil etmektedir, bunlar arasında Çin, Japonya, Kore,Tayvan, Vietnam, Tayland, Malezya, Hindistan ve Endonezya yeralmaktadır. [6] Gelecekteki EHT gözlemleri IRAM NOEMA Gözlemevi, Greenland Teleskopu ve Kitt Peak Teleskopu’nun da katılımıyla büyük ölçüde artan bir duyarlılığa sahip olacaktır.

[7] ALMA uluslararası bir gökbilim tesisidir ve Şili Cumhuriyeti ile işbirliğinde bir ESO, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) ve Japonya Doğa Bilimleri Ulusal Enstitüleri (NINS) ortaklığıdır. ALMA Avrupa'da Üye Ülkeler adına ESO tarafından, NSF ile Kanada Ulusal Araştırma Vakfı (NRC) tarafından, Tayvan Ulusal Bilim Konseyi (NSC) ve Tayvan Sinica Akademisi (AS) tarafından, NINS ve Kore Gökbilim ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (KASI) işbirliği ile finanse edilmektedir. APEX ESO tarafından, 30-metrelik teleskop IRAM tarafından (IRAM Ortaklık Kuruluşu içinde MPG (Almanya) CNRS (Fransa), ve IGN (İspanya) yer almaktadır.), James Clerk Maxwell Teleskopu EAO tarafından, Büyük Milimetre Alfonso Serrano Teleskopu INAOE ve Umass tarafından, Milimetre-altı Dizgesi SAO ve ASIAA tarafından ve Milimetre-altı Teleskopu da Arizona Radyo Gözlemevi (ARO) tarafından işletilmektedir. Güney Kutbu Teleskopu Chicago Üniversitesi tarafından, Arizona Üniversitesi’nden sağlanan özelleştirilmiş EHT aygıtı ile işletilmektedir. [8] BlackHoleCam AB-finanslı astrofiziksel karadelikleri görüntülemek, ölçmek ve anlamak için yürütülen bir projedir. BlackHoleCam ve Olay Ufku Teleskopu’nun (EHT) ana hedefi yakın gökada M87 içindeki milyarlarca güneş kütlesindeki ve daha küçük kuzeni Samanyolu içindeki Sagittarius A* karadeliklerinin şimdiye kadarki ilk görüntülerini alabilmektir. Bu sayede uzay-zamanın şeklinin bir karadelik tarafından nasıl değiştirildiği aşırı hassas şekilde tanımlanabilmektedir.

Kaynak: ESO