Sanatçının, ilham verici danse ürkütücü danslarının ardından iki büyük nötron yıldızının şiddetli çarpışmasının neden olduğu bir gama ışını patlaması kavramı. Yüksek enerjili radyasyona ve dar bir jetle püskürtülen maddeye ek olarak, olayın Evren’in altın ve platin de dahil olmak üzere ana ağır element fabrikası olduğu düşünülüyor. Kredi: A. Simonnet (Sonoma Eyalet Üniversitesi) ve Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Gama ışını patlamaları, evrendeki en yoğun patlamalardır ve tipik olarak yıldızların çökmesi veya kompakt yıldız kalıntılarının çarpışmasından kaynaklanır. Bununla birlikte, yakın zamanda yapılan bir keşif, bu kategorilerin hiçbirine uymadığı için bu anlayışa meydan okudu. Niels Bohr Enstitüsü’nden gökbilimciler, bu güçlü olaylarla ilgili mevcut teorileri gözden geçirme potansiyeline sahip bu çalışmada etkili oldular.
Daniele Bjørn Malesani, Kanarya adası La Palma’da İskandinav Optik Teleskobu kullanarak GRB 211211A adlı bir gama ışını patlamasının rutin bir takip gözlemini yürütüyordu. Gökyüzünü gama ışını patlamaları için izleyen “Neil Gehrels Swift Gözlemevi” uzay aracı tarafından otomatik olarak tetiklenen metin mesajını aldıktan sonra standart bir prosedür.
Ama bir şeyler tam olarak doğru değildi…
GRB 211211A ve çevresinin gama ışını patlamalarının konumunun Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü. Yakınlaştırma, Hawaii’deki Gemini North teleskobuyla gözlemlendiği gibi, patlamanın sonraki parlamasını gösteriyor. Patlamaya neden olan ikili sistem, muhtemelen geçmişte, solundaki büyük, mavimsi gökadadan fırlatılmıştı. Kredi: Uluslararası İkizler Gözlemevi/NOIRLab/NSF/AURA/M. zamani; NASA/ESA
Malesani, Hollanda’daki Radboud Üniversitesi’nde astronom ve Kopenhag’daki Kozmik Şafak Merkezi’nde konuk araştırmacıdır. Evrendeki en enerjik patlamalar olan gama ışını patlamalarında uzmandır.
Ancak neyin yanlış olduğunu anlamak için önce “gama ışını patlaması”nın ne olduğuna bir göz atalım:
Evrenin kendisi kadar parlak
Gama ışını patlamaları, ışığın en enerjik formu olan gama ışınlarının kısa ve ultra parlak parlamalarıdır. Çoğunlukla çok uzak Evren’de tespit edildiler ve genellikle iki farklı fiziksel senaryodan kaynaklandığı düşünülen iki kategoriye ayrıldılar:
“Uzun” patlamalar tipik olarak birkaç saniyeden birkaç dakikaya kadar sürer, ancak genellikle daha az enerjik ışığın daha uzun süreli bir parlaması eşlik eder. Galaksilerin en çok yıldız oluşturan bölgelerinde bulunurlar ve büyük kütleli bir yıldızın çökerek kompakt bir yapıya dönüşmesinin sonucu oldukları düşünülür. nötron yıldızı veya bir Kara delikdış kısımlarını bir süpernovaya benzer muazzam bir patlamayla fırlatır.
La Palma’daki 2400 metre yüksekliğindeki dağın tepesindeki Roche de los Muchachos’taki İskandinav Optik Teleskopu. Kredi: Peter Laursen (Kozmik Şafak Merkezi)
“Kısa” patlamalar, 1/10 ila 1 saniyelik tipik sürelerle daha da çabuk geçer. Genellikle galaktik merkezlerden ve hatta galaksilerin dışından uzakta görülürler. Hakim olan teori, bunların “ikili” bir sistemde birbirlerinin yörüngesinde dönen iki büyük yıldızın sonucu olduklarıdır. Bir noktada süpernova olarak patlarlar ve onları bulundukları galaksiden dışarı atarlar. Bununla birlikte, sonunda, iki nesne spiral çizecek ve birleşerek bir gama ışını patlamasına neden olacaktır.
Her iki durumda da, salınan enerji akıllara durgunluk veriyor: Zirvedeyken, gözlemlenebilir Evrendeki tüm yıldızların toplamı kadar parlayabilirler (her yöne eşit ışık yaydıklarını varsayarsak; gerçekte muhtemelen biraz daha az parlaktırlar). ancak ışığının çoğunu, tesadüfen bu yönde uzandığımız dar huzmelerde yayar).
Esrarengiz gama ışını patlamaları
Gama ışını patlamaları ilk olarak 1967’de olası nükleer silah testleri için gökyüzünü izlemek üzere inşa edilen Vela uydusu tarafından keşfedildi, bu da 1963 Nükleer Test Yasağı Anlaşmasını ihlal edecekti. İlk olarak kendi galaksimizdeki yakın kaynaklardan geldiği düşünülen daha hassas uzay gözlemevleri, 1990’larda bunların Dünya’nın çok dışından gelmeleri gerektiğini ortaya çıkardı. Samanyolutüm Evrene dağıtıldı.
Patlamaların geçici doğası onları incelemeyi zorlaştırdı, ancak 1990’ların sonlarından itibaren astronomlar, X-ışınlarından optik ışığa, kızılötesine kadar daha az enerjik olan son parlamalarını da tespit ederek kökenlerine dair bir teori oluşturmaya yardımcı oldular. .
Gama ışını patlamalarının “kısa” ve “uzun” olmak üzere iki versiyonu vardır ve şimdiye kadar sırasıyla iki kompakt nesnenin birleşmesi ve büyük bir yıldızın çökmesi olmak üzere iki farklı fiziksel mekanizmadan kaynaklandığı düşünülmüştür. . Yeni gözlemlerle, bu teori artık sorgulanıyor.
Karışık sinyaller
Öyleyse Malesani’nin patlaması GRB 211211A ile ilgili sorun neydi? Eh, bu kategorilerin hiçbirine ya da belki her ikisine de uymuyor gibiydi. “Gözlemler, patlamanın, kısa patlamalara ev sahipliği yapan tipik bir galaksinin dışından kaynaklandığını gösterdi. Ancak bu canavar bir milisaniye veya birkaç saniye olmak yerine neredeyse bir dakika sürdü,” diyor Malesani.
Tuhaf olay, Jillian Rastinejad liderliğindeki uluslararası bir gökbilimciler ekibini harekete geçirdi. kuzeybatı Üniversitesi (ABD), bu şaşırtıcı nesneyi incelemek için yoğun bir kampanya başlatmak. Bu çabalar, iki nötron yıldızının veya bir nötron yıldızı ile bir kara deliğin çarpışmasının kesin kanıtı olan sözde bir kilonovanın tamamen beklenmedik keşfine yol açtı.
İkili nötron yıldızı birleşmeleri, yaygın olarak kısa gama ışını patlamalarının ataları olarak kabul edilir. Bunun yerine neden bunu uzun bir patlama izledi, astronomları şaşırttı.
Çalışmaya Niels Bohr Enstitüsü’nün DARK araştırma bölümünde astronom olan Luca Izzo katıldı. Şu yorumu yapıyor: “Gama ışını patlamaları çeşitli davranışlar gösterebilir, ancak uzun ve kısa olaylar arasındaki ayrım 1990’lardan beri net bir şekilde ortaya konulmuştur ve bu alandaki temel direklerden biri olarak kabul edilir. Bu bulgu bizi gerçekten şaşırttı.”
Altın yapmak için yeni bir motor mu?
Kilonovaların değerli gümüş, altın ve platin, radyoaktif plütonyum ve uranyum gibi ağır elementlerin yanı sıra diğer pek çok elementi oluşturan ana mekanizma olduğu düşünülmektedir. Fizikte her zaman olduğu gibi, uzun gama ışını patlamasından bir kilonovanın sorumlu olduğuna dair kesin kanıt yoktur.
Gökbilimciler yine de yorumlarından emin olduklarında, bunun nedeni birkaç koşuldur. Kozmik Şafak Merkezi’nde profesör ve çalışmaya katılan Johan Fynbo şöyle açıklıyor:
“Patlamanın ardından oluşan parıltı, bir kilonova ile uyumlu ve başka hiçbir nesne türü için görülmemiş renkler ve özellikler gösterdi. Dahası, bir galaksinin dışında çöken bir yıldız görmeyi beklemiyoruz, çünkü bu kadar uzağa seyahat etmek yüz milyonlarca yıl alırken, büyük yıldızlar 10 milyon yıldan daha kısa zaman ölçeklerinde çöküyor.”
Ancak ilke olarak GRB 211211A, Hubble görüntüleri gerçekten çok derin olmasına ve bunu görmüş olması gerekmesine rağmen, sönük veya tozlu, tespit edilmemiş bir gökadanın içinde bir çökertici olabilir. “Daha hassas olan takip gözlemleri ALMA Şili’deki radyo teleskopları veya James Webb Uzay Teleskobubu sorunu çözebilecek,” diyor Fynbo.
Yorum doğru çıkarsa, kilonovaların ağır elementler oluşturması için heyecan verici yeni bir mekanizmanın kapılarını aralamakla kalmıyor. Aynı zamanda, uzun patlamaların olduğu yerde yeni kilonovalar aramak için güçlü bir motivasyondur.
“Kilonovalar bizim için nispeten yeni ve keşfedilmemiş bir olgu; bugüne kadar yalnızca birkaçını tespit ettik,” diye açıklıyor Daniele Bjørn Malesani. “Uzun patlamalarla ilişkilendirilmelerini beklemediğimiz için onları orada aramadık. Ama artık Doğa’nın önceden düşündüğümüzden daha becerikli olduğunu biliyoruz.”
2006’da yapılan önceki bir çalışmadan, üç astronom, çarpışan nötron yıldızlarının motorlarını birkaç saniyeden daha uzun süre aktif tutabileceklerine dair bir ipucuna sahipti. Ancak bir kilonova tespiti olmadan, kanıtlar kafa karıştırıcıydı. Bir teori, çöken nötron yıldızlarının o kadar hızlı – ışık hızının önemli bir bölümünde – dönebileceği ve merkezkaç kuvvetlerinin birleşmiş nesneyi bir süreliğine destekleyebileceği ve kasvetli kaderini erteleyebileceğidir.
Kilonovalardan daha uzun patlamaların gelecekteki gözlemleri, bize bu heyecan verici fenomen hakkında daha fazla şey öğretecek.
Referans: Jillian C. Rastinejad, Benjamin P. Gompertz, Andrew J. Levan, Wen-fai Fong, Matt Nicholl, Gavin P. Lamb, Daniele B. Malesani, Anya E. Nugent, Samantha R. Oates, Nial R. Tanvir, Antonio de Ugarte Postigo, Charles D. Kilpatrick, Christopher J. Moore, Brian D. Metzger, Maria Edvige Ravasio, Andrea Rossi, Genevieve Schroeder, Jacob Jencson, David J. Sand, Nathan Smith, José Feliciano Agüí Fernández, Edo Berger, Peter K. Blanchard, Ryan Chornock, Bethany E. Cobb, Massimiliano De Pasquale, Johan PU Fynbo, Luca Izzo, D. Alexander Kann, Tanmoy Laskar, Ester Marini , Kerry Paterson, Alicia Rouco Escorial, Huei M. Sears ve Christina C. Thöne, 7 Aralık 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05390-w