Bugüne kadar tespit edilen en büyük kara delik çarpışması, kara delik oluşumuna dair fikirlerimizi sarsıyor

Uzay-zamanın sessizliği bozulduğunda

23 Kasım 2023'te, Dünya'nın en hassas kütleçekim dalgası araçları, uzay-zamanda kısa ama şiddetli bir dalgalanma kaydetti. Sinyal o kadar sıra dışıydı ki araştırmacılar aylar boyunca incelemeye devam etti; Temmuz 2025'in ortalarında sonuçlar açıklandığında, en ağır yıldızsal kara deliklerin nasıl doğduğuna dair beklentileri altüst etti.

Neler tespit edildi

Bu neden standart teori için bir sorun

Onlarca yıldır yıldız evrimi modelleri, kara delik kütle spektrumunda bir boşluk öngörmekteydi. Normal şartlarda yaklaşık 60 ile 130 güneş kütlesi arasında kara delikler oluşturması beklenen çok büyük kütleli yıldızların, bunun yerine ya yıldızın kütlesinin büyük bir kısmını dışarı atan ya da yıldızı tamamen parçalayan ve geride hiçbir kompakt kalıntı bırakmayan bir çift kararsızlığı sürecine girmesi beklenir. Bu teorik aralık "çift kararsızlığı kütle boşluğu" olarak adlandırılmıştır.

Bu kadar büyük kütleli ve hızlı dönen kara delikler nasıl oluşabilir?

• Hiyerarşik birleşmeler: Küresel kümeler veya genç yıldız kümelerinin kalabalık merkezleri gibi yoğun ortamlarda, kara delikler defalarca birleşebilir. Her birleşme, daha sonra başka bir ortak bulabilen daha ağır ve genellikle hızla dönen bir kalıntı üretir. Bu sürecin nesiller boyunca tekrarlanması, kütle boşluğunun içinde ve üzerinde nesneler inşa edebilir.
• Aktif bir galaksi çekirdeği (AGN) içinde beslenme: Süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki yoğun, gazlı disk içinde yörüngede dönen büyük kütleli kara delikler, gaz biriktirip göç ederek birleşmeden önce kütlelerini artırabilirler. Bu ortam ayrıca dönüşleri karmaşık şekillerde hizalayabilir veya hizasını bozabilir, bu da GW231123'te görülen yüksek dönüşleri üretebilir.
• Egzotik kanallar veya yıldız fiziği revizyonları: Bazı modeller, muhtemelen atasal yıldızlardaki farklı metal bolluğu, dönme veya karışma nedeniyle çift kararsızlığının işleyişinde değişiklikler önermektedir; bu da önceden düşünülenden daha ağır kalıntıların doğrudan oluşmasına izin verebilir.

Her senaryonun güçlü ve zayıf yönleri vardır. GW231123 için ölçülen çok yüksek dönüşler, önceki birleşmelerin açısal momentumu artırdığı hiyerarşik bir kökeni desteklemektedir. Ancak hiyerarşik kanallar aynı zamanda nesiller boyunca dönüş yönlerini rastgeleleştirme eğilimindedir; bu da sinyalin kısalığı göz önüne alındığında doğrulanması daha zor olan kütleçekimsel dalga formu imzaları bırakabilir.

Verileri yorumlamak neden zor

Birleşen iki kara delik çok büyük kütleli olduğu için, dedektörler onların içe doğru sarmal hareketlerinin ve birleşmelerinin sadece son anlarını —yaklaşık saniyenin onda birini— yakalayabildi. Bu, kütle oranı, yönelim ve dönüş eğim açıları gibi parametreleri belirlemek için daha az kütleçekim dalgası döngüsü ve daha az bilgi anlamına gelir. Sistemin özelliklerini çıkarsamak için kullanılan farklı dalga formu modelleri tam olarak uyuşmamakta, bu da kütle ve dönüş tahminlerinde sistematik belirsizliklere yol açmaktadır.

Bu modelleme farklılıkları önemlidir: Eğer bir dalga formu ailesi diğerinden biraz farklı kütleleri veya dönüşleri tercih ederse, astrofiziksel yorum —bileşenlerin gerçekten kütle boşluğunda mı yer aldığı yoksa onu mu çevrelediği— değişebilir. Bu nedenle iş birliği ekibi, iddia edilen hassasiyet konusunda temkinli davranmış ve iyileştirilmiş dalga formları ile bağımsız analizler üzerine takip çalışmaları yürütmektedir.

Bu, büyük resmin neresine oturuyor?

GW231123, beklenmedik ağır sıklet kara deliklere işaret eden önceki kütleçekim dalgası tespitlerini takip ediyor. Bir ikili sistemden oluşan ilk bariz orta kütleli kara delik olan 2019–2020'deki GW190521, modelleri zaten zorlamıştı. Arşivlenmiş LIGO verilerinin yeniden analizleri, orta kütleli kalıntılar üretebilecek aday olayları da gün yüzüne çıkararak daha önce gizli kalmış bir popülasyonu görüyor olabileceğimizi düşündürdü.

Çoklu ağır birleşmelere dair kanıtların geniş kapsamlı sonuçları vardır. Bu durum, ilk nesil yıldızların nasıl yaşayıp öldüğüne, yoğun yıldız kümeleri içindeki dinamiklere ve gazlı galaktik ortamların rolüne dair anlayışımızı etkiler. Ayrıca, yıldız kütleli ve süper kütleli kara delikler arasında uzun süredir aranan bir köprü olan orta kütleli kara deliklerin inşası için ampirik bir yol sunar.

Sırada ne var

Araştırmacılar; daha gelişmiş dalga formu modelleri, hedeflenmiş sayısal görelilik simülasyonları ve bağımsız parametre kestirim kodları kullanarak parametre tahminlerini iyileştirecekler. Makine öğrenimi teknikleri ve arşivlenmiş verilerin yeniden analizleri de aday ağır sıklet birleşmeleri ortaya çıkarmaya devam edecek ve bu da popülasyona duyulan istatistiksel güvenin inşasına yardımcı olacaktır.

Bir zorlanma ve yeni bir fırsat

GW231123, büyüyen kütleçekim dalgası keşifleri kataloğundaki sıradan bir kayıt değildir. Bu bir meydan okumadır: Teorik bir sınırı zorlayan ve astrofizikçileri standart hikayenin bir kısmını genişletmeye veya değiştirmeye zorlayan bir veri noktasıdır. Cevap ister kalabalık kümeler içindeki tekrarlanan çarpışmalarda, ister galaksi çekirdeklerinde gaz yutan aç kara deliklerde, isterse de yıldız ölümü fiziğinin revizyonunda yatsın; bu keşif, doğanın en ağır kompakt nesneleri nasıl inşa ettiğine dair yeni bir pencere açmaktadır.

Şimdilik sinyal, evreni kütleçekim dalgaları üzerinden dinlemenin bilimsel değerine ve kozmosun en ilginç sırlarından bazılarının kısa ama güçlü bir fısıltı olarak geldiğine dair çarpıcı bir hatırlatmadır.

James Lawson, Dark Matter için araştırmacı bir bilim ve teknoloji muhabiridir. University College London'dan Bilim İletişimi alanında yüksek lisans (MSc) ve Fizik alanında lisans (BSc) derecelerine sahiptir.