Bu sanatçının temsilinde, bir kara delik oluşturmak için iki nötron yıldızının birleşmesi (görüntünün merkezindeki parlak çıkıntının içinde saklı), karşıt, yüksek enerjili parçacık jetleri (mavi) üretti ve bu da yıldızların etrafındaki malzemeyi ısıtarak X ışını yaymasını sağladı. -ışınları (kırmızımsı bulutlar). Chandra X-ray Gözlemevi bugün hala olaydan X-ışınları tespit ediyor. Kara deliğin etrafındaki malzemede bir şok dalgası veya kara deliğin içine şiddetli bir şekilde düşen malzeme (merkezi şişkinliğin etrafındaki sarımsı disk) tarafından üretilebilirler. Kredi: NASA, CXC ve Northwestern Univ./A’dan X-ray verileri. Hajela; NASA/CXC/M tarafından görsel. Weiss
Birleşmeden dört yıl sonra kalanlardan kaynaklanan aşırı X-ışını emisyonları, gecikmeli çöküşten sıçramaya işaret ediyor.
İki nötron yıldızı sarmal olarak birbirine dönüştüğünde ve birleşerek bir Kara delik – dünya çapındaki yerçekimi dalgası dedektörleri ve teleskoplar tarafından 2017’de kaydedilen bir olay – hemen bir kara delik mi oluyor? Yoksa olay ufkunu geçerek bir kara deliğe yerçekimsel olarak çökmeden önce dönmesi biraz zaman alıyor mu?
Yörüngedeki bir teleskop olan Chandra X-ışını Gözlemevi’nin 2017 birleşmesiyle ilgili devam eden gözlemler, ikincisini öneriyor: birleştirilen nesne, nihai çöküşten önce muhtemelen sadece bir saniye için etrafta sıkıştı.
Kanıt, birleştirilmiş nötron yıldızlarının hemen bir kara deliğe çökmesi durumunda beklenmeyecek olan, GW170817 olarak adlandırılan birleşmeden sonraki bir X-ışını parıltısı biçimindedir. Afterglow, birleştirilmiş nötron yıldızlarından gelen ve malzemeyi ikili nötron yıldızlarının etrafından geçen ve ısıtan bir malzemenin geri tepmesi olarak açıklanabilir. Bu sıcak malzeme, birleşmenin bir kilonova olarak adlandırılan şeyde malzemeyi dışarıya fırlatmasından sonra, kalıntıyı dört yıldan fazla bir süre boyunca istikrarlı bir şekilde parıldamaya devam ediyor. Birleşmeden kısa bir süre sonra Chandra tarafından tespit edilen bir malzeme jetinden kaynaklanan X-ışını emisyonları, aksi takdirde şimdiye kadar kararmış olurdu.
Chandra tarafından gözlemlenen aşırı X-ışını emisyonları, etrafında dönen ve sonunda kara deliğe düşen bir yığılma diskindeki enkazdan gelebilirken, astrofizikçi Raffaella Margutti Kaliforniya Üniversitesi, Berkeleyteorik olarak tahmin edilen gecikmeli çöküş hipotezini desteklemektedir.
“Birleşmiş nötron yıldızları doğrudan ara aşaması olmayan bir kara deliğe çökecek olsaydı, şu anda gördüğümüz bu X-ışını fazlalığını açıklamak çok zor olurdu, çünkü maddelerin sıçraması için sert bir yüzey olmazdı ve UC Berkeley astronomi ve fizik doçenti Margutti, bu art arda ışıltıyı yaratmak için yüksek hızlarda uçun” dedi. “Sadece düşer. Bitti. Bilimsel olarak heyecanlanmamın gerçek nedeni, jetten daha fazlasını görme ihtimalimiz. Sonunda yeni kompakt nesne hakkında biraz bilgi alabiliriz.”
Margutti ve meslektaşları, Margutti’nin üniversitedeyken yüksek lisans öğrencisi olan ilk yazar Aprajita Hajela dahil. kuzeybatı Üniversitesi UC Berkeley’e taşınmadan önce, yakın zamanda yayımlanmak üzere kabul edilen bir makalede X-ışını sonrası kızıllık analizlerini rapor edin. Astrofizik Dergi Mektupları.
Bir kilonovanın radyoaktif parıltısı
Birleşmeden kaynaklanan yerçekimi dalgaları ilk olarak 17 Ağustos 2017’de Gelişmiş Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi tarafından tespit edildi (LİGO) ve Başak işbirliği. Uydu ve yer tabanlı teleskoplar, bir gama ışını patlaması ve görünür ve kızılötesi emisyonları kaydetmek için hızla takip ettiler; bu, birlikte, parlak bir kilonova üreten sıcak ejekta içinde bu tür birleşmelerin ardından birçok ağır elementin üretildiği teorisini doğruladı. Kilonova, birleşme enkazında üretilen platin ve altın gibi radyoaktif elementlerin bozunması sırasında yayılan ışık nedeniyle parlıyor.
En üstte iki nötron yıldızının birleşmesinden oluşan ve ilk olarak 2017’de gözlemlenen kara delik de dahil olmak üzere Chandra tarafından yakalanan X-ışını kaynakları. Kredi: NASA, CXC ve Northwestern Univ./A. Hajela
Chandra da GW170817’yi gözlemlemek için döndü, ancak dokuz gün sonrasına kadar hiçbir X-ışınları görmedi, bu da birleşmenin aynı zamanda, nötron yıldızlarının etrafındaki malzemeyle çarpıştıktan sonra bir X-ışınları konisi yayan dar bir malzeme jeti ürettiğini düşündürdü. bu başlangıçta Dünya’yı kaçırdı. Ancak daha sonra jetin kafası genişledi ve Dünya’dan görülebilen daha geniş bir jette X-ışınları yaymaya başladı.
Jetten gelen X-ışını emisyonları birleşmeden sonra 160 gün boyunca arttı, ardından jet yavaşlayıp genişledikçe giderek azaldılar. Ancak Hajela ve ekibi, Mart 2020’den – birleşmeden yaklaşık 900 gün sonra – 2020’nin sonuna kadar düşüşün durduğunu ve X-ışını emisyonlarının parlaklıkta yaklaşık olarak sabit kaldığını fark etti.
Margutti, “X-ışınlarının hızla solmayı bırakması, bu kaynaktaki X-ışınlarında bir jete ek olarak bir şeyin tespit edildiğine dair en iyi kanıtımızdı,” dedi. “Gördüklerimizi açıklamak için tamamen farklı bir X-ışınları kaynağına ihtiyaç var gibi görünüyor.”
Araştırmacılar, aşırı X-ışınlarının birleşme tarafından üretilen jetlerden farklı bir şok dalgası tarafından üretildiğini öne sürüyorlar. Bu şok, birleşmiş nötron yıldızlarının gecikmeli çöküşünün bir sonucuydu, çünkü muhtemelen hızlı dönüşü yerçekimi çöküşünü çok kısa bir süre etkisiz hale getirdi. Fazladan bir saniye daha etrafta dolaşarak, nötron yıldızlarının etrafındaki malzeme, şoku yaratan çok hızlı bir kilonova ejecta kuyruğu oluşturan fazladan bir sıçrama yaptı.
Margutti, “Kilonova art kıvılcım emisyonunun çevresel ortamdaki şoklanmış malzeme tarafından üretildiğini düşünüyoruz” dedi. “Şok dalgasını yönlendiren kilonova ejektasının en hızlı kenarı tarafından şoka uğrayan ve ısıtılan iki nötron yıldızının çevresinde bulunan malzemedir.”
İki nötron yıldızının birleşmesi, bir kara delik (merkez, beyaz) ve dar bir jet veya kırmızı ile gösterilen yüksek enerjili parçacıklardan oluşan bir demet tarafından üretilen bir gama ışını patlaması üretti. Başlangıçta, jet Chandra tarafından dar ve tespit edilemezdi, ancak zaman geçtikçe jet içindeki malzeme yavaşladı ve genişledi (mavi), çevreleyen malzemeye çarptığında, jet doğrudan görüntüye geldiğinde X-ışını emisyonunun yükselmesine neden oldu. Chandra. Bu jet ve zıt yönlü karşılığı, muhtemelen oluştuktan sonra kara deliğin üzerine düşen malzeme tarafından oluşturuldu. Kredi: NASA/CXC/K. Divona
Radyasyon bize ancak şimdi ulaşıyor çünkü ağır kilonova ejektasının düşük yoğunluklu ortamda yavaşlaması ve ejekta’nın kinetik enerjisinin şoklarla ısıya dönüştürülmesi zaman aldı. Bu, jet için radyo ve X-ışınları üreten işlemin aynısıdır, ancak jet çok, çok daha hafif olduğu için, çevre tarafından hemen yavaşlar ve en eski zamanlardan itibaren X-ışınları ve radyoda parlar.
Araştırmacıların belirttiği alternatif bir açıklama, X-ışınlarının nötron yıldızlarının birleşmesinden sonra oluşan kara deliğe doğru düşen malzemeden geldiğidir.
“Bu, ya bir kilonova artçı parıltısını ilk kez görüyoruz ya da bir kara deliğin üzerine düşen materyali ilk kez görüyoruz. nötron yıldızı UC Berkeley’de doktora sonrası araştırmacı olan ortak yazar Joe Bright. “Her iki sonuç da son derece heyecan verici olurdu.”
Chandra şu anda bu kozmik çarpışmadan gelen ışığı hala tespit edebilen tek gözlemevi. Bununla birlikte, Chandra ve radyo teleskopları tarafından yapılan takip gözlemleri, alternatif açıklamalar arasında ayrım yapabilir. Eğer bu bir kilonova parlama ise, önümüzdeki birkaç ay veya yıl içinde radyo emisyonunun yeniden tespit edilmesi bekleniyor. X-ışınları, yeni oluşan bir kara deliğin üzerine düşen madde tarafından üretiliyorsa, X-ışını çıkışı sabit kalmalı veya hızla azalmalıdır ve zamanla hiçbir radyo emisyonu tespit edilmeyecektir.
Margutti, LIGO, Virgo ve diğer teleskopların yerçekimi dalgaları ve daha fazla nötron yıldızı birleşmesinden gelen elektromanyetik dalgalar, böylece birleşmeden önceki ve sonraki olaylar dizisi daha kesin bir şekilde tespit edilebilir ve kara delik oluşumunun fiziğini ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. O zamana kadar, GW170817 çalışma için mevcut olan tek örnektir.
Northwestern Üniversitesi’nden doktora sonrası araştırmacı ortak yazar Kate Alexander, “GW170817’nin daha fazla araştırılmasının geniş kapsamlı etkileri olabilir” dedi. “Bir kilonova art kıvılcımının tespiti, birleşmenin hemen bir kara delik üretmediği anlamına gelir. Alternatif olarak, bu nesne, gökbilimcilere, maddenin doğumundan birkaç yıl sonra bir kara deliğe nasıl düştüğünü inceleme şansı sunabilir.”
Margutti ve ekibi kısa süre önce Chandra teleskobunun Aralık 2021’de gerçekleştirilen GW170817 gözlemlerinde X-ışınları tespit ettiğini duyurdu. Bu verilerin analizi devam ediyor. X-ışınları ile ilişkili herhangi bir radyo algılaması rapor edilmemiştir.
Bu kilonova hakkında daha fazla bilgi için, İlk Kez Potansiyel Olarak Tespit Edilen Gizemli Kilonova Patlaması Sonrası Kızdırma’ya bakın.
Referans: A. Hajela, R. Margutti, JS Bright, KD Alexander, BD Metzger, V. Nedora, A. Kathirgamaraju, B. Margalit tarafından “İkili nötron yıldızı birleşmesi GW170817’den yeni bir X-ışınları kaynağının ortaya çıkışı” , D. Radice, E. Berger, A. MacFadyen, D. Giannios, R. Chornock, I. Heywood, L. Sironi, O. Gottlieb, D. Coppejans, T. Laskar, Y. Cendes, R. Barniol Duran, T. Eftekhari, W. Fong, A. McDowell, M. Nicholl, X. Xie, J. Zrake, S. Bernuzzi, FS Broekgaarden, CD Kilpatrick, G. Terreran, VA Villar, PK Blanchard, S. Gomez, G. Hosseinzadeh, DJ Matthews ve JC Rastinejad, 5 Nisan 2021, Astrofizik > Yüksek Enerji Astrofizik Olayları.
arXiv:2104.02070