Burada gösterilen birleşen nötron yıldızları, bir araya geldiklerinde bir gama ışını patlaması üretirler ve bir kara deliğe çökerler. NASA’nın Compton misyonu tarafından yapılan iki patlamanın gözlemleri, nesnelerin son çöküşlerinden önce kısaca tek bir büyük boyutlu nötron yıldızı oluşturduğunu gösteriyor. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/CI Laboratuvarı
Kısa gama ışını patlamaları (GRB’ler) olarak adlandırılan güçlü patlamaların arşiv gözlemlerini inceleyen gökbilimciler, bir süper ağırın kısa süreli varlığını gösteren ışık düzenleri saptadılar.[{” attribute=””>neutron star shortly before it collapsed into a black hole. This fleeting, massive object likely formed from the collision of two neutron stars.
“We looked for these signals in 700 short GRBs detected with NASA’s Neil Gehrels Swift Observatory, Fermi Gamma-ray Space Telescope, and the Compton Gamma Ray Observatory,” explained Cecilia Chirenti, a researcher at the University of Maryland, College Park (UMCP) and NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, who presented the findings at the 241st meeting of the American Astronomical Society in Seattle. “We found these gamma-ray patterns in two bursts observed by Compton in the early 1990s.”
A paper describing the results, led by Chirenti, was published Monday, January 9, in the scientific journal Nature.
Bu simülasyon, yörüngedeki iki nötron yıldızı birbirine çarptığında yerçekimi dalgasını ve yoğunluk değişikliklerini izler. Koyu mor renkler en düşük yoğunlukları, sarı-beyaz ise en yüksek yoğunlukları temsil eder. İşitilebilir bir ton ve görsel bir frekans ölçeği (solda), frekanstaki istikrarlı artışı takip eder. yerçekimi dalgaları nötron yıldızları kapanırken. Nesneler 42 saniyede birleştiğinde, yerçekimi dalgaları aniden binlerce hertzlik frekanslara sıçrar ve iki ana ton (yarı periyodik salınımlar veya QPO’lar) arasında sıçrar. Bu tür simülasyonlarda bu sinyallerin varlığı, kısa gama ışını patlamalarının yaydığı ışıkta benzer fenomenlerin aranmasına ve keşfedilmesine yol açtı. Kredi: NASAGoddard Uzay Uçuş Merkezi ve STAG Araştırma Merkezi/Peter Hammond
Bir nötron yıldızı, büyük bir yıldızın çekirdeğinin yakıtı bittiğinde ve çöktüğünde oluşur. Bu, bir süpernova patlamasıyla yıldızın geri kalanını havaya uçuran bir şok dalgası üretir. Nötron yıldızları tipik olarak Güneşimizden daha fazla kütleyi bir şehir büyüklüğünde bir top haline getirir, ancak belirli bir kütlenin üzerinde kara deliklere çökmeleri gerekir.
Hem Compton verileri hem de bilgisayar simülasyonları mega nötron yıldızlarının, ağırlığı Güneş’in kütlesinin yaklaşık 2,1 katı olan, bilinen en büyük kütleli, hassas biçimde ölçülen nötron yıldızı J0740+6620’den %20 daha fazla eğildiğini ortaya çıkardı. Süper ağır nötron yıldızları ayrıca tipik bir nötron yıldızının neredeyse iki katı büyüklüğünde veya Manhattan Adası’nın yaklaşık iki katı uzunluğundadır.
Astronotlar, Nisan 1991’de uzay mekiği Atlantis’ten konuşlandırılması sırasında Compton Gama Işını Gözlemevi’ni görüntülediler. Kredi: NASA/STS-37 ekibi
Mega nötron yıldızları dakikada yaklaşık 78.000 kez dönüyor – en hızlısı olan J1748-2446ad’ın neredeyse iki katı hız atarca kayıtta. Bu hızlı dönüş, nesneleri daha fazla çökmeye karşı kısaca destekler ve saniyenin onda birkaçı kadar var olmalarına izin verir, ardından göz açıp kapayıncaya kadar daha hızlı bir kara delik oluşturmaya başlar.
UMCP’de astronomi profesörü ve bir ortak olan Cole Miller, “Kısa GRB’lerin yörüngedeki nötron yıldızları birbirine çarptığında oluştuğunu ve sonunda bir kara deliğe dönüştüklerini biliyoruz, ancak olayların kesin sırası iyi anlaşılmadı” dedi. – makalenin yazarı. “Bir noktada, yeni oluşan kara delik, ışığın en yüksek enerjili formu olan yoğun bir gama ışınları parlaması yayan hızlı hareket eden parçacıklardan oluşan bir jetle patlıyor ve bunun nasıl geliştiği hakkında daha fazla şey öğrenmek istiyoruz.”
Bu animasyonda, bir nötron yıldızı (mavi küre), bazıları manyetik alanı (mavi çizgiler) takip eden ve nesnenin yüzeyine akan (mavi-beyaz yaylar) renkli bir gaz diskinin merkezinde döner. Bu sistemlerde X-ışınlarında görülen yarı periyodik salınımların bir yorumu, diskin iç kenarına yakın, özellikleri değiştikçe genişleyen ve daralan bir sıcak noktanın (beyaz oval) oluşmasıdır. Bu düzensiz yörünge nedeniyle, sıcak nokta emisyonu bir frekans aralığında değişir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi Kavramsal Görüntü Laboratuvarı
Kısa GRB’ler tipik olarak iki saniyeden daha kısa bir süre parlar, ancak galaksimizdeki tüm yıldızların bir yılda saldıklarına benzer bir enerji açığa çıkarır. Bir milyar ışıkyılı uzaklıktan tespit edilebilirler. Birleşen nötron yıldızları aynı zamanda yerçekimi dalgaları, uzay-zamanda artan sayıda yer tabanlı gözlemevi tarafından tespit edilebilen dalgalanmalar üretir.
Bu birleşmelerin bilgisayar simülasyonları, nötron yıldızları birleşirken yerçekimi dalgalarının frekansta ani bir sıçrama sergilediğini – 1.000 hertz’i aşan – gösterdiğini gösteriyor. Bu sinyaller, mevcut yerçekimi dalgası gözlemevlerinin algılaması için çok hızlı ve zayıf. Ancak Chirenti ve ekibi, benzer sinyallerin kısa GRB’lerden gelen gama ışını emisyonunda görünebileceğini düşündüler.
Gökbilimciler bu sinyalleri yarı periyodik salınımlar veya kısaca QPO’lar olarak adlandırırlar. Diyapazonun sabit çınlamasının aksine, QPO’lar zamanla değişen veya dağılan birkaç yakın frekanstan oluşabilir. Hem gama ışını hem de yerçekimi dalgası QPO’ları, iki nötron yıldızı birleşirken dönen madde girdabından kaynaklanır.
Swift ve Fermi patlamalarında hiçbir gama ışını QPO’su gerçekleşmezken, 11 Temmuz 1991 ve 1 Kasım 1993’te Compton’ın Patlama ve Geçici Kaynak Deneyi (BATSE) tarafından kaydedilen iki kısa GRB bu amaca uyuyordu.
BATSE aletinin daha geniş alanı, ona bu sönük kalıpları – mega nötron yıldızlarının varlığını ortaya çıkaran masalsı titremeleri – bulmada üstünlük sağladı. Ekip, yalnızca tesadüfen meydana gelen bu sinyallerin birleşik olasılıklarını 3 milyonda 1’den az olarak derecelendirir.
Çalışmaya dahil olmayan Washington’daki George Washington Üniversitesi’nde fizik bölümü başkanı Chryssa Kouveliotou, “Bu sonuçlar, yerçekimi dalgası gözlemevleri tarafından gelecekte hiper kütleli nötron yıldızlarının ölçümleri için zemin hazırladığı için çok önemlidir” dedi.
2030’larda yerçekimi dalgası dedektörleri kilohertz frekanslarına duyarlı olacak ve süper boyutlu nötron yıldızlarının kısa ömürlerine dair yeni bilgiler sağlayacak. O zamana kadar, hassas gama ışını gözlemleri ve bilgisayar simülasyonları, bunları keşfetmek için mevcut tek araç olmaya devam ediyor.
Referans: Cecilia Chirenti, Simone Dichiara, Amy Lien, M. Coleman Miller ve Robert Preece tarafından yazılan “Kısa gama ışını patlamalarında kilohertz yarı periyodik salınımlar”, 9 Ocak 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05497-0
Compton’ın BATSE cihazı, NASA’nın Alabama, Huntsville’deki Marshall Uzay Uçuş Merkezinde geliştirildi ve gama ışını patlamalarının galaksimizin çok ötesinde meydana geldiğine dair ilk ikna edici kanıtı sağladı. Neredeyse dokuz yıl çalıştıktan sonra, Compton Gama Işını Gözlemevi 4 Haziran 2000’de yörüngeden çıkarıldı ve Dünya atmosferine girerken yok oldu.
Goddard hem Swift hem de Fermi görevlerini yönetiyor.