Patlayan bir beyaz cücenin sanatçı izlenimi. Kredi: Tübingen Üniversitesi
Güneşimiz gibi yıldızların yakıtı bittiğinde, beyaz cüceler oluşturmak için büzülürler. Bu tür ölü yıldızlar bazen çok sıcak bir patlamada hayata geri dönebilir ve bir X-ışını radyasyonu ateş topu üretebilir. Tübingen Üniversitesi de dahil olmak üzere birçok Alman enstitüsünden ve Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) tarafından yönetilen bir araştırma ekibi, ilk kez böyle bir X-ışını ışığı patlamasını gözlemledi.
Bamberg’deki Dr. Karl Remeis gözlemevindeki FAU Astronomi Enstitüsü’nden Ole König, “Bir dereceye kadar şanslı bir tesadüf, gerçekten” diye açıklıyor ve bu gözlem hakkında saygın Nature dergisinde bir makale yayınlayan Prof. Jörn Wilms ve Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü, Tübingen Üniversitesi, Barselona’daki Universitat Politécnica de Catalunya ve Leibniz Astrofizik Potsdam Enstitüsü’nden bir araştırma ekibi. Astrofizikçi, “Bu X-ışını flaşları yalnızca birkaç saat sürer ve tahmin edilmesi neredeyse imkansızdır, ancak gözlem aracı tam olarak doğru zamanda patlamaya doğrudan doğrultulmalıdır” diye açıklıyor.
“Bu sözde novalar her zaman oluyor, ancak X-ışını emisyonunun çoğunun üretildiği ilk anlarda onları tespit etmek gerçekten zor.” – Dr. Victor Doroshenko
Bu durumda enstrüman, şu anda Dünya’dan bir buçuk milyon kilometre uzakta bulunan ve 2019’dan beri yumuşak X ışınları için gökyüzünü araştıran eROSITA X-ışını teleskopudur. 7 Temmuz 2020’de güçlü X-ışınları ölçtü. dört saat önce tamamen göze çarpmayan gökyüzünün bir bölgesindeki ışın radyasyonu. X-ışını teleskobu dört saat sonra gökyüzünde aynı konumu incelediğinde, radyasyon kaybolmuştu. Bundan, daha önce dedektörün merkezini tamamen aşırı pozlamış olan X-ışını flaşının sekiz saatten az sürmüş olması gerektiği sonucu çıkar.
Bunun gibi X-ışını patlamaları, 30 yıldan uzun bir süre önce teorik araştırmalarla tahmin edilmişti, ancak şimdiye kadar hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmedi. Bu X-ışınları ateş topları, hidrojenden ve daha sonra çekirdeklerinin derinliklerinde helyumdan oluşan yakıtlarının çoğunu kullanmadan önce, başlangıçta boyut olarak Güneş’le karşılaştırılabilir olan yıldızların yüzeyinde meydana gelir. Bu yıldız cesetleri, Dünya’ya benzeyen ancak Güneşimizinkine benzer bir kütleye sahip olan “beyaz cüceler” kalana kadar küçülür. Jörn Wilms, “Bu oranları hayal etmenin bir yolu, Güneş’in bir elma ile aynı büyüklükte olduğunu düşünmektir; bu, Dünya’nın elmanın etrafında 10 metrelik bir mesafede dönen bir toplu iğne başı ile aynı büyüklükte olacağı anlamına gelir” diye açıklıyor.
Tübingen Üniversitesi’nden Dr. Victor Doroshenko, “Bu sözde novalar her zaman olur, ancak X-ışını emisyonunun çoğunun üretildiği ilk anlarda onları tespit etmek gerçekten zor” diye ekliyor. “Sadece bir flaşın kısa süresi değil, aynı zamanda yayılan X-ışınlarının spektrumunun çok yumuşak olması da bir zorluktur. Yumuşak X-ışınları çok enerjik değildir ve yıldızlararası ortam tarafından kolayca emilmez, bu nedenle, ister nova ister sıradan bir yıldız olsun, gözlemlenebilir nesnelerin sayısını sınırlayan bu bantta çok uzağı göremiyoruz. Teleskoplar normalde, absorpsiyonun daha az önemli olduğu daha sert X-ışınlarında en etkili olacak şekilde tasarlanmıştır ve böyle bir olayı kaçırmalarının nedeni tam olarak budur!” Victor Doroshenko’yu bitiriyor.
Yıldız cesetleri değerli taşlara benziyor
Öte yandan, bir elmayı toplu iğne başı boyutunda küçültürseniz, bu küçük parçacık elmanın nispeten büyük ağırlığını koruyacaktır. “Bir çay kaşığı maddenin içinden bir Beyaz cüce büyük bir kamyonla kolayca aynı kütleye sahip,” diye devam ediyor Jörn Wilms. Bu yanmış yıldızlar esas olarak oksijen ve karbondan oluştuğundan, onları, uzayda yüzen Dünya ile aynı boyuttaki devasa elmaslarla karşılaştırabiliriz. Değerli taşlar şeklindeki bu nesneler o kadar sıcak ki beyaz parlıyorlar. Bununla birlikte, radyasyon o kadar zayıftır ki, Dünya’dan tespit edilmesi zordur.
Beyaz cüceye hala yanmakta olan bir yıldız eşlik etmedikçe, yani beyaz cücenin muazzam yerçekimi kuvveti eşlik eden yıldızın kabuğundan hidrojeni çektiğinde. FAU astrofizikçisi Jörn Wilms, “Zamanla bu hidrojen, beyaz cücenin yüzeyinde sadece birkaç metre kalınlığında bir tabaka oluşturmak üzere toplanabilir” diye açıklıyor. Bu katmanda, devasa yerçekimi kuvveti, yıldızın yeniden alevlenmesine neden olacak kadar büyük olan muazzam bir basınç üretir. Bir zincirleme reaksiyonda, çok geçmeden hidrojen tabakasının uçup gittiği büyük bir patlama meydana gelir. Bunun gibi bir patlamanın X-ışını radyasyonu, 7 Temmuz 2020’de eROSITA’nın dedektörlerini vuran ve aşırı pozlanmış bir görüntü üreten şeydir.
Bu yanmış yıldızlar esas olarak oksijen ve karbondan oluştuğundan, onları, uzayda yüzen Dünya ile aynı boyuttaki devasa elmaslarla karşılaştırabiliriz.
“Beyaz cüce atmosferlerinden gelen X-ışını emisyonunun fiziksel kökeni nispeten iyi anlaşılmıştır ve onların tayflarını ilk ilkelerden ve en ince ayrıntısına kadar modelleyebiliriz. Modellerin gözlemlerle karşılaştırılması, bu nesnelerin ağırlık, boyut veya kimyasal bileşim gibi temel özelliklerinin öğrenilmesini sağlar” diye açıklıyor Tübingen Üniversitesi’nden Dr. Valery Suleimanov. “Ancak bu özel durumda sorun, fotonsuz 30 yıldan sonra aniden çok fazla foton elde etmemizdi, bu da bir tane ama çok parlak yerine milyonlarca çok soluk nesneyi algılamak için tasarlanmış eROSITA’nın spektral tepkisini bozdu.” Victor Doroshenko’yu ekliyor.
“Orijinal olarak X-ray cihazının gelişimini desteklerken çizdiğimiz model hesaplamalarını kullanarak, bir patlamanın sahne arkası görüntüsünü elde etmek için karmaşık bir işlem sırasında aşırı pozlanmış görüntüyü daha ayrıntılı olarak analiz edebildik. beyaz cüce veya nova,” diye açıklıyor Jörn Wilms.
Sonuçlara göre, beyaz cüce Güneşimizin kütlesine sahiptir ve bu nedenle nispeten büyüktür. Patlama, yaklaşık 327.000 derece K (588.000 derece F) sıcaklığa sahip bir ateş topu oluşturdu ve bu da onu Güneş’ten yaklaşık altmış kat daha sıcak hale getirdi. “Bu parametreler, X-ışını radyasyonu modelleri ile Tübingen’de Valery Suleimanov ve Victor Doroshenko tarafından yaratılan çok sıcak beyaz cücelerin yaydığı radyasyon modellerinin birleştirilmesiyle elde edildi. FAU ve MPE. Bence bu, modern bilimde işbirliğinin ve Alman eROSITA konsorsiyumu içindeki geniş uzmanlık yelpazesinin önemini çok güzel bir şekilde gösteriyor” diye ekliyor Tübingen Üniversitesi’nden Prof. Dr. Klaus Werner.
Bu novaların yakıtı oldukça hızlı tükendiği için hızla soğurlar ve X-ışını radyasyonu, sonunda görünür ışık haline gelene kadar zayıflar; eROSITA algılamasından yarım gün sonra Dünya’ya ulaşan ve optik teleskoplar tarafından gözlemlenen X-ışını radyasyonu.
Ole König, “Daha sonra, görünüşte parlak bir yıldız ortaya çıktı, bu aslında patlamadan gelen görünür ışıktı ve o kadar parlaktı ki, gece gökyüzünde çıplak gözle görülebiliyordu,” diye açıklıyor Ole König. Görünüşe göre bunun gibi “yeni yıldızlar” geçmişte gözlemlenmiş ve beklenmedik görünümlerinden dolayı “nova stella” veya “yeni yıldız” olarak adlandırılmıştır. Bu novalar yalnızca X-ışını flaşından sonra görülebildiğinden, bu tür salgınları tahmin etmek çok zordur ve X-ışını dedektörlerine çarptıklarında çoğunlukla şansa bağlıdır.
Ole König, “Gerçekten şanslıydık” diyor.
Referans: Ole König, Jörn Wilms, Riccardo Arcodia, Thomas Dauser, Konrad Dennerl, Victor Doroshenko, Frank Haberl, Steven Hämmerich, Christian Kirsch, Ingo Kreykenbohm, Maximilian Lorenz, Adam tarafından “Ateş topu aşamasında bir novanın X-ışını tespiti” Malyali, Andrea Merloni, Arne Rau, Thomas Rauch, Gloria Sala, Axel Schwope, Valery Suleimanov, Philipp Weber ve Klaus Werner, 11 Mayıs 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-04635-y