NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu bu çizimde Dünya’nın yörüngesinde dönüyor. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/Chris Smith (USRA)
Bilim adamları, NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu’ndan alınan verileri kullanarak özel bir ikili yıldız sisteminden ilk gama-ışını tutulmalarını keşfettiler. Bu sözde örümcek sistemlerin her biri bir atarca – bir süpernovada patlayan ve yoldaşını yavaş yavaş aşındıran bir yıldızın süper yoğun, hızla dönen kalıntıları.
Bilim adamlarından oluşan uluslararası bir ekip, düşük kütleli refakatçi yıldızın bizim bakış açımıza göre atarcanın önünden geçtiği zaman meydana gelen bu tutulmalardan geçen yedi örümceği bulmak için on yılı aşkın süredir Fermi gözlemlerini taradı. Veriler, sistemlerin bizim görüş alanımıza ve diğer bilgilere göre nasıl eğildiğini hesaplamalarına izin verdi.
Almanya Hannover’deki Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nde astrofizikçi olan ve çalışmayı yöneten Colin Clark, “Örümcekleri incelemenin en önemli hedeflerinden biri atarcaların kütlelerini ölçmeye çalışmaktır” dedi. “Pulsarlar temelde ölçebildiğimiz en yoğun maddenin toplarıdır. Ulaşabilecekleri maksimum kütle, Dünya’da kopyalanamayan bu aşırı ortamlardaki fiziği kısıtlıyor.
Dergide 26 Ocak’ta çalışmayla ilgili bir makale yayınlandı. Doğa Astronomisi.
Bu çizimde, yörüngedeki bir yıldız, pulsar adı verilen, hızla dönen, süper yoğun bir yıldız kalıntısı olan partnerini gölgede bırakmaya başlar. Pulsar, görüş alanı içinde ve dışında dönen çok dalga boylu ışık huzmeleri yayar ve yıldızın bakan tarafını ısıtan, malzemeyi savuran ve eşini aşındıran çıkışlar üretir. Kredi: NASA/Sonoma Eyalet Üniversitesi, Aurore Simonnet
Örümcek sistemleri gelişir çünkü bir yıldız bir ikili ortağından daha hızlı gelişir. Daha büyük kütleli yıldız süpernovaya dönüştüğünde, arkasında bir atarca. Bu yıldız kalıntısı, görüş alanımıza giren ve çıkan gama ışınları da dahil olmak üzere çok dalga boylu ışık huzmeleri yayar ve atomik saatlerin hassasiyetine rakip olacak kadar düzenli darbeler oluşturur.
Önceleri, bir örümcek atarcası, bir gaz akışını sifonlayarak arkadaşından “beslenir”. Sistem geliştikçe, pulsar daha hızlı dönmeye başladığında besleme durur, yoldaşın bakan tarafını aşırı ısıtan ve onu aşındıran parçacık çıkışları ve radyasyon üretir.
Bilim adamları örümcek sistemlerini örümceğin adını taşıyan iki türe ayırıyor türler dişileri bazen daha küçük eşlerini yer. Kara dullar, Güneş’in kütlesinin %5’inden daha azına sahip yoldaşlar içerir. Redback sistemleri, Güneş’in %10 ila %50’si arasında değişen, hem boyut hem de kütle bakımından daha büyük yoldaşlara ev sahipliği yapar.
NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki Fermi projesi bilimcisi Elizabeth Hays, “Fermi’den önce, gama ışınları yayan yalnızca bir avuç pulsar biliyorduk” dedi. “On yılı aşkın gözlemden sonra, misyon 300’den fazla gözlem belirledi ve topluluğun çığır açan bilim yapmasına izin veren uzun, neredeyse kesintisiz bir veri seti topladı.”
Araştırmacılar, yörünge hareketlerini ölçerek örümcek sistemlerinin kütlelerini hesaplayabilirler. Görünür ışık gözlemleri, yoldaşın ne kadar hızlı hareket ettiğini ölçebilirken, radyo ölçümleri pulsarın hızını ortaya çıkarır. Ancak, bunlar bize doğru ve bizden uzaklaşan harekete dayanır. Neredeyse yüz yüze bir sistem için bu tür değişiklikler hafiftir ve potansiyel olarak kafa karıştırıcıdır. Aynı sinyaller, yandan görülen daha küçük, daha yavaş yörüngeli bir sistem tarafından da üretilebilir. Sistemin görüş hattımıza göre eğimini bilmek, kütleyi ölçmek için hayati önem taşır.
Eğim açısı normalde görünür ışık kullanılarak ölçülür, ancak bu ölçümler bazı potansiyel komplikasyonlarla birlikte gelir. Refakatçi atarcanın yörüngesinde dönerken, aşırı ısınmış tarafı görüş alanına girip çıkarak görünür ışıkta eğime bağlı bir dalgalanma yaratır. Bununla birlikte, astronomlar hala aşırı ısınma sürecini öğreniyorlar ve farklı ısıtma modellerine sahip modeller bazen farklı pulsar kütleleri tahmin ediyor.
Bununla birlikte, gama ışınları yalnızca pulsar tarafından üretilir ve o kadar çok enerjiye sahiptir ki, eşlik eden tarafından engellenmediği sürece, enkazdan etkilenmeden düz bir çizgide hareket ederler. Bir örümcek sisteminin veri setinden gama ışınları kaybolursa, bilim adamları yol arkadaşının atarcayı gölgede bıraktığı sonucuna varabilirler. Oradan, sistemin görüş hattımıza olan eğimini, yıldızların hızlarını ve atarcanın kütlesini hesaplayabilirler.
PSR B1957+20 veya kısaca B1957, 1988’de keşfedilen bilinen ilk kara duldu. Bu sistemin görünür ışık gözlemlerinden oluşturulan önceki modelleri, bizim görüş hattımıza ve atarcaya yaklaşık 65 derece eğimli olduğunu belirledi. kütlesi Güneş’in 2,4 katıydı. Bu, B1957’yi bilinen en ağır atarca yapar ve teorik kütle sınırını atarca ile atarca arasında aşar. Kara delik.
Clark ve ekibi, Fermi verilerine bakarak 15 kayıp gama ışını fotonu buldu. Bu nesnelerden gelen gama ışını darbelerinin zamanlaması o kadar güvenilir ki, on yıl boyunca 15 kayıp foton, ekibin sistemin gölgede kaldığını belirleyebilmesi için yeterince önemli. Daha sonra ikili yıldızın 84 derece eğimli olduğunu ve atarcanın Güneş’ten yalnızca 1,8 kat daha ağır olduğunu hesapladılar.
Yeni makalenin ortak yazarlarından ve Washington’daki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’nda araştırma fizikçisi olan Matthew Kerr, “Devasa atarcaları bulma arayışı var ve bu örümcek sistemlerinin onları bulmanın en iyi yollarından biri olduğu düşünülüyor” dedi. . “Yoldaş yıldızdan atarcaya çok aşırı bir kütle transferi sürecinden geçtiler. Bu modellere gerçekten ince ayar yaptığımızda, bu örümcek sistemlerinin pulsar popülasyonunun geri kalanından daha büyük olup olmadığından emin olacağız.”
Referans: “Örümcek milisaniye pulsar ikili dosyalarındaki gama ışını tutulmalarından nötron yıldızı kütle tahminleri”, yazan CJ Clark, M. Kerr, ED Barr, B. Bhattacharyya, RP Breton, P. Bruel, F. Camilo, W. Chen, I. Cognard, HT Cromartie, J. Deneva, VS Dhillon, L. Guillemot, MR Kennedy, M. Kramer, AG Lyne, D. Mata Sánchez, L. Nieder, C. Phillips, SM Ransom, PS Ray, MSE Roberts, J. Roy, DA Smith, R. Spiewak, BW Stappers, S. Tabassum, G. Theureau ve G. Voisin, 26 Ocak 2023, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-022-01874-x
Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, Goddard tarafından yönetilen bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır. Fermi, Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki akademik kurumların ve ortakların önemli katkılarıyla ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde geliştirildi.