Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESO) Şili’nin Atacama Çölü’ndeki Çok Büyük Teleskop’u (VLT), galaksimizin merkezindeki süperkütleli karadelik etrafında dönen bir yıldızın Einstein’in Genel Görelilik Teorisi’nin öngördüğü biçimde hareket ettiğini ortaya çıkardı.
Teleskop objektifleri yüzyıllar önce gökyüzüne çevrildiğinden bu yana, küçük kütleli gökcisimlerinin daha büyük kütleli cisimler etrafındaki hareketinin elipse benzer bir yörünge izlediği araştırmacılar tarafından biliniyor. Örneğin Dünya, temmuz ayının ilk günlerinde Güneş’e 152 milyon kilometre uzaklıkla eliptik yörüngesinin en uzak noktasından (günöte) geçer, bu havaya atılan bir topun yavaşlayarak ulaştığı son nokta gibidir. Yörünge hızı en düşük seviyede olan gezegenimiz ocak aynın ilk günlerine kadar hız kazanarak hem en yüksek hıza ulaşır hem de 147 milyon kilometreyle en yakın uzaklıktan (günberi) geçer.
Ancak Einstein 1915’te ortaya koyduğu Genel Görelilik Teorisi’ne dayanarak hesaplamalar yapan astrofizikçi Karl Schwarzschild, 1916’da bu eliptik yörüngenin sabit kalamayacağını ve en yakın noktasının da merkez etrafında dönerek gül yapraklarına benzer (rosetta) bir şekle sahip yörünge oluşturacağını öngörmüştü. Astronomlar bu sürece Schwarzschild Devinimi ismini veriyor.
Einstein’in kuramı, 1910’lar bitmeden Güneş’e en yakın gezegen Merkür’ün uzun süredir kafa yorulan sıra dışı yörüngesinin açıklanmasını sağlamıştı. Ancak uzun ve hassas ölçümler gerektirdiği için aynı yörüngenin karadelik etrafında dönen yıldızlarda gözlemlenmesi 100 yıl sürdü ve sonunda Avrupalı araştırmacılar 30 yıllık bir çabayla galaksimizin kalbinde bu yörüngenin gerçekliğini yıldızlar için de göstermeyi başardı.
ESO’nun haberine göre, 30 yıllık araştırma programının mimarı ve Almanya’daki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü’nün (MPE) başındaki Reinhard Genzel şöyle açıkladı:
Einstein’in Genel Görelilik’i bir nesnenin başka bir nesne etrafındaki bağlı yörüngesinin Newton’un Kütleçekimi’ndeki gibi kapalı olmadığını, bunun yerine hareket düzlemindeki devinimin (presesyon, dönen bir cismin dönüş ekseninin yöneliminde meydana gelen değişiklik) devam ettiğini öngörür. İlk kez Merkür gezegeninin Güneş etrafındaki yörüngesinde görülen bu ünlü etki Genel Görelilik lehine ilk kanıttı. Yüzyıl sonra artık Samanyolu’nun merkezindeki yoğun radyo dalgası kaynağı Sagittarius A*’nın yörüngesindeki bir yıldızın hareketinde de aynı etkiyi saptadık.
Gezegenler yıldızların etrafında dönerken, Samanyolu galaksisindeki yaklaşık 10 milyon yıldız da galaksi merkezi etrafında dönüyor. Galaksimizin merkezine yaklaşık 25 bin ışık yılı uzaklıktaki Güneş, kendi kütlesinin 4 milyon katından daha fazla kütleye sahip Sagittarius A* isimli bir süperkütleli karadelik ve onun yörüngesindeki yoğun bir yıldız kümesi yer alıyor.
Hakemli bilim dergisi Astronomy & Astrophysics’te yayımlanan makaleye göre, araştırmacılar karadeliğe yakın bu yıldızlardan yörüngesinin en yakın noktasında karadeliğe 20 milyar kilometreye kadar yaklaşabilen S2 yıldızını inceledi. Independent Türkçe'de yer alan habere göre, bu yıldızın galaksi merkezine Güneş’ten 7,5 milyon kat daha yakın olduğu anlamına geliyor ve Güneş’in merkez etrafındaki bir turu 225 milyon yıldan daha uzun sürerken S2 bir turu yalnızca 16 yıl sürüyor.
Yörüngesinin karadeliğe yakın konumuna gelirken ışık hızının yüzde üçüne kadar (saniyede 9 bin kilometre) hızlanıyor, bu galaksi etrafında saniyede 240 kilometre hıza sahip Güneş’ten 40 kat hızlı olması anlamına geliyor. Yıldızın devasa bir kütleye bu yakınlığı ve yüksek hızı görelilik etkilerini daha görünür hale getiriyor.
MPE’den Stefan Gillessen şunu ifade etti:
"Bu yıldızın yörüngesini 25 yıldan daha uzun süre takip ettikten sonra hassas ölçümlerimiz S2’nin Sagittarius A* etrafındaki yörüngesindeki Schwarzschild devinimi kesin biçimde saptadı."
S2’nin elips benzeri yörüngesindeki süperkütleli karadeliğe en yakın noktası da her bir turuyla birlikte bir miktar dönüyor ve gül yapraklarına benzer bir yörünge ortaya çıkarıyor.
Araştırmacıların ölçümleri, bu devinimin Genel Görelilik’e dayalı hesaplamaların öngördüğü değerlerle birebir uyuştuğunu gösterdi.
Yeni çalışma, aynı zamanda astronomların galaksi merkezimizdeki süperkütleli karadelik çevresiyle ilgili de daha fazla bilgi edinmesini sağladı. Araştırmanın Fransız ayağının başını çeken Guy Perrin ve Karine Perraut, şunları söyledi:
"S2 ölçümlerinin Genel Görelilik’e çok iyi uyum göstermesi nedeniyle, Sagittarius A* etrafındaki olası daha küçük karadelik ya da dağıtık karanlık madde gibi görünmez nesnelerin hangi miktarda bulunduğuna kesin sınırlar çizebiliyoruz. Bu süperkütleli karadeliklerin oluşumunu ve evrimini anlamak için en çok merak edilen şey."
Bilim insanları, 27 yıla yayılan araştırma boyunca VLT’nin yanı sıra GRAVITY, SINFONI ve NACO da kullanılarak yıldızın konumu ve hızına dair yüzlerce ölçüm yaptı. Bu uzun sürenin başlıca sebebi yıldızın 16 yıllık yörüngesini en az iki kez yakın şekilde gözlemlemeye ihtiyaç duyulmasıydı.
Avrupa Uzay Ajansı, Fransa, Portekiz ve Almanya’dan farklı araştırmacıların bir araya gelerek oluşturduğu uluslararası ekip; 2018’de de birlikte çalışarak yine Genel Görelilik’ten kaynaklanan başka bir etkiyi gözlemlediklerini bildirmişti. S2 yıldızı karadeliğe yakın konumdan geçerken gönderdiği ışıkların dalga boyu uzuyordu.
Portekiz’deki Astrofizik ve Yerçekimi Merkezi’nden (CENTRA) araştırmacı Paulo Garci şöyle anlattı:
"Daha önceki sonuçlarımız bu yıldızdan salınan ışığın Genel Görelilik’i deneyimlediğini göstermişti. Şimdiyse yıldızın kendisinin de Genel Görelilik’in etkilerini hissettiğini gösterdik."
ESO Çok Büyük Teleskop’un (Very Large Telescope, VLT) ardından şimdi de Son Derece Büyük Teleskop’u (Extremely Large Telescope, ELT) devreye sokmaya hazırlanıyor. Ekip bu teleskopu kullandıklarında süperkütleli karadelik etrafındaki daha sönük yıldızları da gözlemlemeyi hedefliyor.
Mevcut araştırmanın da başını çeken bilim insanlarından, Köln Üniversitesi’nden Andreas Eckart şöyle açıkladı:
"Eğer şanslıysak, karadeliğin kendi etrafındaki dönüşünden doğrudan etkilenebilecek kadar yakın yıldızlar yakalayabiliriz. Bu yine göreliliği sınamanın tamamen farklı bir düzeyi olur."
