Araştırmacılar, ikili kara deliklerin marjinal yüzeylerine ait daha önce bilinmeyen bir özelliğin varlığını sayısal olarak kanıtladılar.
Max Planck Enstitüsü Kütleçekimsel Fizik, Rochester Enstitüsü Teknoloji ve Perimeter Enstitüsü Teorik Fizik bölümlerinden araştırmacılardan oluşan bir grup, ikili kara delik sistemlerinin iç yüzeyinde meydana gelen yeni bir
olguya dair güçlü sayısal kanıtlar elde etti.
Birbirinin yörüngesinde dönen iki kara delikten oluşan sisteme BBH (ikili kara delik) sistemi adı veriliyor. Araştırmada, bir BBH sistemindeki marjinal dış yakalama yüzeylerinin (MOTS) birleşmesine dair önemli veriler elde edildi.
Araştırmacılara göre kara deliklerin birleşmesine dair çalışmalarda olay ufukları gerçekte çok kullanışlı veriler sunmuyor. Daha değerli veriler, marjinal yüzeylerden alınıyor. Makalenin yazarlarından Badri Krishnan ve Erik Schnetter, geçtiğimiz 15-20 yıl içinde marjinal yüzeyleri kullanarak kara deliklerin kütlelerini ve açısal momentlerini hesaplama konusunda çeşitli yöntemler geliştirdiler. Bu alandaki gelişmelere rağmen önemli bir sorunun cevabı hala belirsiz: BBH sistemlerinin birleşmesi sırasında marjinal yüzeyler de kaynaşıyor mu? Bu durum mevcutsa tam olarak nasıl meydana geliyor?
Araştırmacılar, birleşmeye ait daha fazla bilgi ve varsa gizli kalmış diğer özellikleri bulabilmek için çalışmalara başladılar. Onlara göre birleşmeyi anlayabilmek için son derece bozunuma uğramış marjinal yüzeyleri bulmak gerekiyor. Bu da rakamsal olarak diğer tüm çalışmalardan öte, son derece zorlayıcı bir iş. “Bunun için yeni bir sayısal teknik geliştirdik ve birleşme noktasına çok yaklaştık. Ancak bizim yöntemlerimiz bile –yüzeylerde çıkıntıların oluştuğu- birleşmeye en yakın ana ait hesaplamalarda işe yaramıyor”.
Önceki çalışmalarda aradıkları sonuçlara ulaşamayan araştırmacılar, BBH sistemlerde MOTS birleşmesini inceleyecek farklı yöntemler bulmaya karar verdiler. Sonunda Schnetter, yeni bir fikir ortaya attı: Kesişen döngülere sahip yüzeyleri bulmak.
Bu fikri ekibin diğer üyelerine anlattığında Krishnan kuşkuyla yaklaştı; zira literatürde daha önce böyle birşey yoktu. Ancak doktora öğrencisi Pook-Kolb, yine de bu yüzeyleri incelemeye karar verdi ve sonunda böyle bir topolojik özelliğin gerçekten var olduğu ve kara delik birleşmelerinde önemli bir veri sunabileceği farkedildi. Yapılan simülasyonlar, farklı kütlelere sahip iki adet dönmeyen kara deliğin kafa kafaya çarpışmasını modellemekteydi. Bu simülasyonlarda BBH birleşmesi sonunda ortaya çıkan yeni kara delikteki marjinal yüzeyin, çarpışmadan önce iki kara deliğe ait marjinal yüzeylerle birleştiği ortaya çıktı.
Bu da, marjinal yüzeylerin, iki kara deliğin birleşmesine kadar ilk ve son haller arasında değiştiği ardışık bir yapı oluşturuyordu. Sonuçta araştırmacılar, BBH birleşmesinde marjinal yüzeylerde topolojik bir değişim gerçekleştiğini kanıtlamış oldular.
Simülasyonlara ait gözlemler ayrıca, birleşmeden hemen sonra kendi üzerinde kesişen marjinal yüzeylerin de var olduğuna dair işaretler taşıyordu. Ancak araştırmacılara göre bulgularından biri, kütleçekimsel dalga gözlemleri açısından çok daha önemliydi.
“İlksel olarak birbirinden bağımsız iki kara delikten, sonunda birleşmiş bir yapıya kadar uzanan bir marjinal yüzey serisine sahip olduğumuza göre, kara deliklerin fiziksel niceliklerinin birleşme anında nasıl davranış sergilediğine dair hesaplamalar da yapabiliriz…Özellikle, gözlemlenen kütleçekimsel dalga sinyallerinde benzer özellikler bulmak ilginç olacaktır. Bunun ardından bir olay ufkunda neler gerçekleştiğini gözlemlerle anlamak mümkün” diyor araştırmacılar.
Pook-Kolb, Schnetter, Krishnan ve Ofek Birnholtz tarafından elde edilen rakamsal kanıtlar, BBH birleşmelerine dair yepyeni bir yaklaşımın yolunu açıyor. Gelecekte bu yöntem kullanılarak kara deliklere ait daha farklı verilere de ulaşılabilir.
Araştırmacılar şimdi bu fikri genelleştirerek (LIGO işbirliği sırasında gözlemlenen gibi) diğer kara delik birleşmelerine de uygulanabilecek hale getirmeye çalışıyorlar; böylece bu yöntem çok daha fazla araştırmada kullanılabilecek.
