Bir yıldız öldüğünde, bir kara delik doğar. Bu, çoğu kara deliğin kitaplarda yer alan köken hikayesidir. Büyük bir yıldızın yaşamının sonunda, dış katmanları muhteşem bir süpernova ile patlar ve çekirdeği, yerçekimsel olarak sıkı ve yoğun bir bölgeye çökerek bir kara delik oluşturur.
Gravitasyonel dalga dedektörlerinden elde edilen son keşifler, evrende yüzlerce birleşen kara deliği ortaya çıkardı. Bunların birçoğunun doğrudan patlayan yıldızlardan geldiği düşünülüyordu. Ancak kara delikler, daha küçük kara deliklerden de oluşabilir. Önceki kara delik birleşimlerinin ürünleri, prensipte tekrar birleşebilir ve daha büyük bir kara delik oluşturabilir. Bu alternatif, kara deliklerin kara delik doğurması yolu “hiyerarşik birleşim” olarak bilinir.
Şimdi MIT bilim insanları, bazı birleşen kara deliklerin aslında daha önce birleşmiş olabileceğini buluyor. LIGO, Virgo ve KAGRA gözlemevlerinden gelen son verilerin yeni bir analizini gerçekleştirdiler; bu veriler 155 çift ikili kara delik içeriyor ve evrendeki birleşen kara deliklerin yaklaşık %14'ünün aslında iki daha küçük kara deliğin önceki birleşiminden oluşmuş ikinci nesil kara delikler olabileceğini buldular.
Ekibin bu hafta Physical Review Letters'da bildirdiği sonuçlar, tekrarlayan hiyerarşik birleşimin kara deliklerin oluşumunda önemli bir yol olduğunu öne sürüyor.
“Bu birleşen kara deliklerden bazıları için, bu onların ilk rodeosu değil,” diyor çalışmanın baş yazarı, MIT Fizik Bölümü'nde yüksek lisans öğrencisi olan Cailin Plunkett. “Evrende genel olarak, kara delikler her zaman birleşiyor. Tekrar tekrar ne sıklıkla birleşiyorlar sorusu oldukça belirsizdi. Şimdi, bu tekrarlayan yol üzerinden gelen makul bir yüzdeye sahip kara deliklerin bulunduğu oldukça tutarlı bir tablo görüyoruz.”
Çalışmanın ortak yazarları, MIT'de fizik doçenti Salvatore Vitale; Williams College'dan Thomas Callister; ve Adler Planetarium ve Northwestern University'den Michael Zevin'dir.
Asimetrik çiftler
Büyük bir yıldız çöktüğünde ve öldüğünde, ortaya çıkan kara deliğin çok az dönmesi olmalıdır. Patladığında büyük miktarda kütle kaybetmenin yanı sıra, yıldızın da içsel dönüşü veya açısal momentumunun büyük bir kısmını kaybetmesi gerekir. Kalan kara delik o zaman çok az veya hiç dönmemelidir.
Oysa iki kara delik birleştiğinde, çarpışma yeni, çılgınca dönen ikinci nesil bir kara delik oluşturmalıdır.
“Çok hızlı dönecekler, maksimum mümkün dönüşlerinin yaklaşık %70'inde,” diyor Vitale.
Bilim insanları, hiyerarşik birleşimlerin yoğun yıldız ortamlarında meydana geldiğini düşünüyor; burada yıldızlar o kadar sıkı bir şekilde bir araya gelmiştir ki, birden fazla komşu yıldız ölebilir ve çökerek kara delikler oluşturabilir ve bu kara delikler daha sonra birbirleriyle birleşecek kadar yakın olabilirler.
“Birbirinin etrafında dönen birçok yıldız olabilir ve bazıları büyükse ve patlarsa, kara delik haline gelirler. Kara delikler dönmeye devam eder ve birbirlerini yakalayarak birleşebilirler,” diyor Plunkett. “Bu süreç, gerçekten yoğun bir ortamda birçok yıldız ve kara delik bulunduğu gerçeği sayesinde potansiyel olarak sonsuza kadar tekrarlanabilir.”
Bir hiyerarşik birleşimin bir işareti, birleşen kara deliklerden birinin diğerine göre çok daha yüksek bir dönme ve daha yüksek bir kütleye sahip olmasıdır. Böyle bir asimetrik ikili, en az bir kara deliğin iki önceki kara deliğin çarpışmasından geldiğini gösterir.
2024'te, bilim insanları LIGO, Virgo ve KAGRA gözlemevleri tarafından kaydedilen sinyallerde iki böyle asimetrik birleşim tespit ettiler. Gözlemevleri, uzak kozmik olaylardan, örneğin çarpışan kara deliklerden gelen yankılanmalar olan inanılmaz derecede küçük uzay ve zaman dalgalanmalarını tespit eder.
Gözlemevleri, her biri muhtemelen partnerinden çok daha hızlı dönen bir kara delik içeren iki gravitatif dalga sinyali, GW241011 ve GW241110'u tespit etti. Hiyerarşik birleşimler, her sinyalin detaylı bir şekilde analiz edilmesiyle, her birleşimde yer alan kara deliklerin belirli kütlelerini ve dönüşlerini ortaya çıkarmak için keşfedildi.
Bu çalışma, Plunkett ve Vitale'yi gözlemevlerinin bugüne kadar yakaladığı tüm
