En geç Mayıs 2027’de fırlatılmasının ardından, NASA’nın Roma Uzay Teleskobu birkaç günde bir gökyüzünün aynı bölgelerini inceleyecek. Araştırmacılar, iki nötron yıldızı veya bir nötron yıldızı ve bir kara delik çarpışıp birleştiğinde meydana gelen patlamalar olan kilonovaları tanımlamak için bu verileri çıkaracaklar. Bu çarpışmalar meydana geldiğinde, ortaya çıkan enkazın bir kısmı, ışık hızına yakın hareket eden jetler olarak fırlatılır. Kalan enkaz, altın ve platin gibi ağır elementler oluşturan sıcak, parlak, nötron açısından zengin bulutlar üretir. Roman’ın kapsamlı verileri, gökbilimcilerin bu olayların ne sıklıkta meydana geldiğini, ne kadar enerji yaydıklarını ve ne kadar yakın veya uzak olduklarını daha iyi belirlemelerine yardımcı olacaktır. Kredi: NASA, Joseph Olmsted (STScI)
<span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA’s Roman Space Telescope is set to help researchers detect more kilonovae, helping us learn significantly more about these “all-star” smashups.
How do you pinpoint titanic collisions that occur millions or even billions of light-years away? First, by surveying large areas of the sky. Second, by teaming up with observatories around the world!
Scientists have been searching for kilonovae — brief, but fantastic light shows — that are set off when two neutron stars or a neutron star and a black hole collide. Such a collision can cause an enormous eruption that sends out bright cascades of light and ripples in space-time.
How many brilliant eruptions like this occur across the universe? We don’t yet know. Only a handful of kilonovae candidates have been detected so far. NASA’s upcoming Nancy Grace Roman Space Telescope is set to survey the same areas of the sky every few days, which will help researchers follow up on – or even pinpoint – kilonova detections. Ideally, this will set off a “gold rush” of new information on this enigmatic cosmic phenomenon.
The Roman Space Telescope is a NASA observatory designed to unravel the secrets of dark energy and dark matter, search for and image exoplanets, and explore many topics in infrared astrophysics. Credit: NASA
How NASA’s Roman Telescope Will Scan for Showstopping Explosions
What happens when the densest, most massive stars – that are also super small – collide with each other or with a black hole? They send out brilliant explosions known as kilonovae. Think of these events as the universe’s natural fireworks. Theorists suspect they periodically occur all across the cosmos – both near and far. Scientists will soon have an additional observatory to help follow up on and even scout these remarkable events: NASA’s Nancy Grace Roman Space Telescope, which is set to launch by May 2027.
In kilonovae, the key actors are neutron stars, the central cores of stars that collapsed under gravity during supernova explosions. They each have a mass similar to the Sun, but with a diameter of only about 6 miles (10 kilometers), they are incredibly dense. And when they collide, they send out debris moving near the speed of light. These explosions are also thought to forge heavy elements, like gold, platinum, and strontium (which gives actual fireworks their stunning reds). Kilonovae shoot those elements across space, potentially allowing them to end up in rocks forming the crust of terrestrial planets like Earth.
NASA’nın Roma Uzay Teleskobu, iki nötron yıldızının veya bir nötron yıldızı ile bir kara deliğin birleşmesiyle yayılan kısa ışık parlamaları olan kilonovaları nasıl tespit edecek? Kısmen, teleskopun geniş görüş alanı nedeniyle. Roman’ın görüşü, Roma’nınkinden 200 kat daha büyüktür. Hubble uzay teleskobukızılötesi görünümü. Roman, 2027 yılına kadar planlanan fırlatılışının ardından düzenli bir kadansla gökyüzünü gözlemlemeye başladığında, araştırmacılar hem yakınlardaki hem de çok uzaklardaki bu muhteşem olaylardan daha fazlasını tespit edebilmeyi umuyorlar. Bu olayların oranını henüz bilmesek de, Roman’ın verileri aktığında bu birleşmelerin ne sıklıkta olduğunu ve ne gibi sonuçlar doğurduğunu öğrenmeye başlayacağız. Kredi: NASA, Alyssa Pagan (STScI)
Astronomi topluluğu, 2017’de bu olağanüstü kilonova olaylarından birini yakaladı. Ulusal Bilim Vakfı’nın Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi’ndeki bilim adamları (LİGO) iki nötron yıldızının ilk olarak yerçekimi dalgalarıyla – uzay-zamandaki dalgalanmalarla – çarpışmasını tespit etti. Neredeyse aynı anda, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu, yüksek enerjili ışık tespit etti. NASA, olayı daha geniş bir teleskop filosu ile gözlemlemek için hızla döndü ve bir dizi görüntüde patlamanın genişleyen enkazının sönen parıltısını yakaladı.
Ancak bu örnekteki oyuncular, en azından astronomik terimlerle “arka bahçemizde” pratik olarak çarpıştı. Sadece 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta yer alırlar. Daima aktif olan evrenimizi süsleyen daha fazla kilonova – ve daha uzaklara savrulan birçoğu – olmalı.
Kuzey Carolina, Durham’daki Duke Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Daniel M. Scolnic, “Bu olayların oranını henüz bilmiyoruz” dedi. Scolnic, Roma dahil olmak üzere geçmiş, şimdiki ve gelecekteki gözlemevleri tarafından keşfedilebilecek kilonova sayısını tahmin eden bir araştırmaya öncülük etti. “Tespit ettiğimiz tek kilonova tipik mi? Bu patlamalar ne kadar parlak? Ne tür galaksilerde oluşurlar?” Mevcut teleskoplar yeterince geniş alanları kapsayamaz veya daha uzak örnekleri bulmak için yeterince derin gözlem yapamaz, ancak bu Roma ile değişecek.
Daha Fazla ve Daha Uzakta, Kilonova’yı Tespit Etmek
Bu aşamada LIGO, nötron yıldızı birleşmelerini belirlemede lider konumdadır. Algılayabilir yerçekimi dalgaları ancak en uzak çarpışmalardan bazıları tanımlanamayacak kadar zayıf olabilir. Roman, ekibi “doldurmaya” yardımcı olan tamamlayıcı nitelikler sunarak LIGO’nun arayışına katılmaya hazırlanıyor. Roman, gökyüzünün aynı bölgelerini tekrar tekrar tarayacak bir araştırma teleskopudur. Ayrıca, Roman’ın görüş alanı, Hubble Uzay Teleskobu’nun kızılötesi görünümünden 200 kat daha büyüktür – LIGO’lar kadar geniş değil, ancak görüntü alan bir teleskop için çok büyük. Kadansı, araştırmacıların, ister yakın ister çok uzakta olsun, gökyüzündeki nesnelerin ne zaman parladığını veya karardığını tespit etmelerini sağlayacaktır.
Roman, araştırmacılara son derece uzak kilonovaları gözlemlemek için güçlü bir araç sağlayacak. Bu, uzayın genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Milyarlarca yıl önce yıldızları terk eden ışık, zamanla kızılötesi ışık olarak bilinen daha uzun, daha kırmızı dalga boylarına gerilir. Roman, yakın kızılötesi ışığı yakalama konusunda uzmanlaştığından, çok uzaktaki nesnelerden gelen ışığı algılayacaktır. Ne kadar uzak? Los Alamos, New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Eve Chase, “Romalılar, ışığı Dünya’ya ulaşmak için yaklaşık 7 milyar yıl yol kat eden bazı kilonovaları görebilecek” dedi. Chase, kilonova ejektasındaki farklılıkların, Roman dahil gözlemevlerinden gözlemlemeyi umduğumuz şeyleri nasıl değiştirebileceğini simüle eden daha yeni bir çalışmaya öncülük etti.
Yakın kızılötesi ışığın ikinci bir faydası daha vardır: daha fazla zaman Bu kısa ömürlü patlamaları gözlemlemek için. Ultraviyole ve görünür ışık gibi daha kısa dalga boyları bir veya iki gün içinde gözden kaybolur. Yakın kızılötesi ışık bir hafta veya daha uzun süre toplanabilir. Araştırmacılar bunun nasıl çalışacağını görmek için verileri simüle ediyor. Chase, “Simüle edilmiş bir kilonova alt kümesi için, Roman, nötron yıldızı birleşmesinin gerçekleşmesinden iki haftadan fazla bir süre sonra gözlemleyebilecek” dedi. “Çok uzaktaki kilonovalara bakmak için mükemmel bir araç olacak.”
Yakında, araştırmacılar hakkında çok daha fazla bilgi sahibi olacaklar. nerede kilonovaların meydana geldiği ve bu patlamaların evrenin tarihinde ne sıklıkla meydana geldiği. Daha önce meydana gelenler bir şekilde farklı mıydı? Scolnic, “Roman, astronomi topluluğunun bu patlamaların fiziği üzerine bir dizi yeni analizle birlikte nüfus çalışmaları yürütmeye başlamasına izin verecek.” Dedi.
Bir anket teleskopu muazzam bir olasılık ve ayrıca hassas makine öğrenimi gerektirecek bir ton veri sunar. Gökbilimciler, bu aramaları otomatikleştirmek için kod yazarak bu zorluğun üstesinden geliyorlar. Sonuç olarak, Roman’ın devasa veri setleri, araştırmacıların bugüne kadar kilonovalarla ilgili belki de en büyük gizemleri çözmelerine yardımcı olacak: İki nötron yıldızı çarpıştıktan sonra ne olacak? Tek bir nötron yıldızı, bir kara delik veya tamamen başka bir şey mi üretiyor? Roman ile, araştırmacıların önemli atılımlar yapmak için ihtiyaç duyduğu istatistikleri bir araya getireceğiz.
NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi, NASA’nın Güney Kaliforniya’daki Jet Propulsion Laboratuvarı’nın katılımıyla Roma misyonunu yönetiyor ve Roman’ın Misyon Operasyon Merkezini sağlayacak. Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü, Roma’nın Bilim Operasyonları Merkezi’ne ev sahipliği yapacak ve Roma görüntülemesinin veri işlemesine öncülük edecek. California, Pasadena’daki Caltech/IPAC, Roman Bilim Destek Merkezi’ne ev sahipliği yapacak ve Roma spektroskopisinin veri işlemesine öncülük edecek.