Patlamadan Kara Deliğe: Bir Yıldız Kayboldu ve Yerine Gizemli Bir Şekilde Kara Delik Geldi

Güneş’ten sekiz kat daha büyük kütleye sahip dev yıldızlar, yaşamlarının sonunda süpernova olarak patlarlar. Bu patlamalar, ardında bir kara delik veya bir nötron yıldızı bırakarak o kadar enerjik olur ki, ev sahibi galaksilerinden aylarca daha parlak olabilirler.

Ancak, astronomlar, patlamadan kaçınarak doğrudan bir kara deliğe dönüşen devasa bir yıldız tespit etmiş görünüyorlar.

Yıldızlar, dışa doğru füzyon gücü ile içe doğru kendi kütleçekimleri arasında bir denge halindedir. Devasa bir yıldız yaşamının son aşamalarına girdiğinde hidrojen tükenmeye başlar ve füzyon gücü zayıflar.

Füzyondan gelen dışa yönelik güç, artık yıldızın güçlü kütleçekimini karşılayamaz ve yıldız kendi içine çöker. Sonuç, yıldızı yok eden ve ardında bir kara delik veya nötron yıldızı bırakan yıkıcı bir süpernova patlamasıdır.

Ancak bazı durumlarda bu yıldızlar süpernova olarak patlayamayıp doğrudan kara deliğe dönüşebiliyorlar.

Yeni bir araştırma, Andromeda galaksisindeki (M31) hidrojen açısından tükenmiş büyük bir süperdev yıldızın süpernova olarak patlayamayıp doğrudan kara deliğe dönüştüğünü gösteriyor.

Araştırmanın adı “M31’de Bir Kara Deliğin Doğumunu İşaret Eden Bir Dev Yıldızın Kaybolması”. Baş yazar, MIT’deki Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Kishalay De.

Bu tür süpernovalar, Çekirdek Çöküş Süpernovaları olarak bilinir ve Tip II olarak da adlandırılır. Samanyolu’nda yaklaşık yüz yılda bir gerçekleşen bu süpernovalar nispeten nadirdir.

Bilim insanları, süpernovalarla ilgilenir çünkü bu patlamalar birçok ağır elementi yaratır ve şok dalgaları yıldız oluşumunu tetikleyebilir. Ayrıca Dünya’ya ulaşabilen kozmik ışınlar da oluştururlar.

Bu yeni araştırma, süpernovaları düşündüğümüz kadar iyi anlamamış olabileceğimizi gösteriyor.

İlgili yıldızın adı M31-2014-DS1. Astronomlar, 2014 yılında yıldızın orta kızılötesi (MIR) aralığında parladığını fark ettiler. Bin gün boyunca parlaklığı sabit kaldı. Ardından, 2016 ve 2019 yılları arasında başka bir bin gün boyunca dramatik bir şekilde soldu.

Değişken bir yıldız olmasına rağmen bu tür dalgalanmalar için yeterli bir açıklama değil. 2023’te yapılan derin optik ve yakın IR (NIR) gözlemlerinde yıldız artık tespit edilemedi.

Araştırmacılar, yıldızın yaklaşık 20 güneş kütlesi ile doğduğunu ve nükleer yanmanın son aşamasına yaklaşık 6.7 güneş kütlesi ile ulaştığını belirtiyorlar.

Gözlemleri, yıldızın yakın zamanda fırlatılan bir toz kabuğu ile çevrili olduğunu öne sürüyor, bu da bir süpernova patlamasını destekler gibi görünüyor ancak herhangi bir optik patlama kanıtı yok.

Yazarlar, “M31-2014-DS1’in dramatik ve kalıcı sönmesi, büyük, evrimleşmiş yıldızların değişkenlik alanında olağanüstüdür” diyorlar.

“M31-2014-DS1’in parlaklığındaki ani düşüş, nükleer yanmanın sona ermesine ve bunu takiben içe düşen maddeyi aşamayan bir şok dalgasına işaret ediyor.”

Bir süpernova patlaması o kadar güçlüdür ki içe düşen maddeyi tamamen aşar.

“Bu kadar yakın bir mesafede herhangi bir parlak patlama kanıtı olmadan, M31-2014-DS1 gözlemleri, yıldız çekirdeğinin çökmesine yol açan ‘başarısız’ bir SN işaretleri sunuyor,” diye açıklıyor yazarlar.

Doğru kütleye sahip bir yıldızın neden süpernova olarak patlayamayıp başarısız olabileceği sorusu ortaya çıkıyor.

Süpernovalar karmaşık olaylardır. Çöken bir çekirdeğin yoğunluğu o kadar aşırıdır ki elektronlar protonlarla birleşir, nötron ve nötrinolar oluşturur. Bu işleme nötronlaşma denir ve yıldızın dinlenme kütle enerjisinin yaklaşık %10’unu taşıyan güçlü bir nötrino patlaması oluşturur. Bu patlama, nötrino şoku olarak adlandırılır.

Nötrinolar, elektriksel olarak nötr oldukları ve normal maddeyle nadiren etkileşimde bulundukları için bu adı alırlar. Her saniye, Güneş’imizden gelen yaklaşık 400 milyar nötrino, Dünya’daki her bir kişinin içinden geçer.

Ancak yoğun bir yıldız çekirdeğinde, nötrino yoğunluğu o kadar aşırıdır ki, bazıları çevresindeki yıldız materyaline enerji aktarır. Bu materyal ısınır ve bir şok dalgası oluşturur.

Nötrino şoku her zaman duraksar, ancak bazen yeniden canlanır. Yeniden canlandığında, bir patlama yaratır ve süpernovanın dış katmanını dışarı atar. Eğer canlanmazsa, şok dalgası başarısız olur ve yıldız çöker, bir kara delik oluşur.

M31-2014-DS1’de, nötrino şoku yeniden canlanmamış. Araştırmacılar, yıldızın fırlattığı madde miktarını sınırlayabildiler ve bu miktar bir süpernovanın fırlattığından çok daha azdı.

“Bu sınırlar, yıldızın maddesinin çoğunun (?5 güneş kütlesi) çekirdeğe çöktüğünü, nötron yıldızının (NS) maksimum kütlesini aştığını ve bir kara delik oluşturduğunu gösteriyor,” diye sonuca varıyorlar.

Yıldız kütlesinin yaklaşık %98’i çöktü ve 6.5 güneş kütlesine sahip bir kara delik oluşturdu.

M31-2014-DS1, astronomların bulduğu tek başarısız süpernova veya aday başarısız süpernova değil. Bunları tespit etmek zor çünkü gerçekleşen olaylardan ziyade gerçekleşmeyenlerle karakterize edilirler. Bir süpernova gözden kaçması zor bir olaydır; çok parlak olur ve gökyüzünde aniden belirir. Eski astronomlar birkaç tanesini kaydetmiştir.

2009 yılında astronomlar, doğrulanmış tek diğer başarısız süpernovayı keşfettiler. Bu yıldız, NGC 6946’da, “Havai Fişek Galaksisi” olarak bilinen bir süperdev kırmızı yıldızdı. N6946-BH1 olarak adlandırılan bu yıldız yaklaşık 25 güneş kütlesine sahipti.

Görüş alanından kaybolduktan sonra, geride sadece soluk bir kızılötesi parıltı bıraktı. 2009’da parlaklığı bir milyon güneş parlaklığına ulaşmıştı, ancak 2015’e gelindiğinde optik ışıkta görünmez hale gelmişti.

Büyük Dürbünlü Teleskop ile yapılan bir araştırma, kaybolan dev yıldızları arayarak 27 yakın galaksiyi izledi. Sonuçlar, dev yıldızların %20 ila %30’unun yaşamlarını başarısız süpernovalar olarak sonlandırabileceğini öne sürüyor. Ancak M31-2014-DS1 ve N6946-BH1, bu fenomenin onaylanmış tek gözlemleridir.