Gama ışını patlamalarının (GRB’ler), başlangıçtaki Lorentz faktörleri birkaç yüz mertebesinde olmak üzere, en göreli jetlere sahip olduğu bilinmektedir. Birçok GRB, teorik olarak beklenmeyen ve bu nedenle topluluğu yıllarca şaşırtan erken bir X-ışını ışık eğrisi platosu sergiliyor.
Fıskiye şeklindeki madde çıkışları astronomik sistemlerde hızlıdan yavaşa değişen hızlarda gözlemlenir. Madde çıkışları şeklindeki jetler, astronomik sistemlerde hızlıdan yavaşa değişen hızlarda yaygın olarak gözlemlenir. En hızlı jetler oldukça görecelidir ve ışık hızına yakın hızlara ulaşabilirler. Yaygın olarak gözlemlenen bir fenomen olmasına rağmen, bu jetlerin kökeni ve birçok özelliği bir sır olarak kalıyor.
Uzun bir süredir uzmanların kafası, jet hızlarının iki modlu dağılımı karşısında şaşkına döndü; bazıları inanılmaz derecede hızlı ve diğerleri yavaştı ve arada hızların gözle görülür bir şekilde yokluğu vardı. Ancak, Bar-Ilan Üniversitesi’ndeki araştırmacılar verileri yeniden gözden geçirdiler ve sonunda bu kafa karıştırıcı bilmeceyi çözmüş görünüyorlar.
Birçok farklı galaktik ve ekstragalaktik sistemde, madde emisyonu yaygın olarak jetler şeklinde gözlenir. Bu gösterinin gerçekleşme hızı büyük ölçüde değişir. Nötron yıldızları veya ikili yıldız sistemleri ile ilişkili nispeten yavaş jetlerin yanı sıra, ışık hızına çok yakın hızlarda çok hızlı, göreli jetler görülür. Bilinen en hızlı jetler, “gama ışını patlamaları” olarak bilinen bir fenomenle ilişkilendirilir.
Bu fenomen, güçlü bir gama radyasyonu emisyonunun görülebildiği, birkaç saniye süren ilk gama ışınları parlaması ile karakterize edilir. Ardından, saatler, günler ve hatta aylar gibi çok daha uzun süren bir “son kızıllık” gelir. Bu dönemde, emisyon daha sonra azalır ve çok geç zamanlarda daha düşük dalga boyları, X-ışınları, ultraviyole, optik, kızılötesi ve radyo frekansları olarak gözlenir.
Bu nesnelerden çıkan jetlerin neden bu kadar hızlı olduğu sorusunun ötesinde, emisyonun ya azaldığı ya da sabit kaldığı yüzlerce ila binlerce saniyelik ara dönemde ne olduğuyla ilgili görünüşte ilgisiz bir gizem var. Bazı durumlarda, bir galaksideki yıldız sistemleri arasındaki boşlukta bulunan madde ve radyasyonla çarpışan göreli bir patlamadan beklenebileceği gibi, birkaç on saniye sonra, X-ışını emisyonu önemli ölçüde azalır.
Bununla birlikte, gözlemlenen vakaların yaklaşık %60’ında, görünür emisyon azalmaz, bunun yerine sabit kalır. Bu gözlem uzun süredir araştırmacılar için bir kafa karışıklığı kaynağı olmuştur ve bu fenomen yaklaşık 18 yıl önce keşfedildiğinden beri buna dair ikna edici bir açıklama bulunamamıştır.
Bar-Ilan Üniversitesi Fizik Bölümü’nden araştırmacılar, bu görünür, sürekli emisyonun, yaygın olarak varsayılandan önemli ölçüde daha düşük olan ve farklı kaynaklardan ölçülen hızlar arasındaki boşluğu dolduran jet hızının doğal bir sonucu olduğunu kanıtladılar. Başka bir deyişle, daha düşük bir ilk jet hızı, bozulma olmamasını ve daha görünür ve sürekli emisyonu açıklayabilir.
Araştırmacılar, bu nesnelerde yüksek hızların çıkarıldığı önceki sonuçların bu durumlarda geçerli olmadığını gösterdi. Bunu yaparken bir paradigmayı değiştirdiler ve jetlerin doğada her hızda oluştuğunu kanıtladılar. Araştırma dergide yayınlandı Doğa İletişimi ve derginin editörü tarafından seçilenlerden biri olarak Son zamanlarda yayınlanan en önemli 50 makale.
Gama ışını patlamaları araştırmalarındaki ana açık sorulardan biri, vakaların önemli bir yüzdesinde, birkaç güne kadar görülebilen X ışınlarının neden uzun süre solmadığıdır. Bu soruyu cevaplamak için araştırmacılar, çok sayıda ancak dağınık ve “gürültülü” olan verilerin dikkatli bir şekilde haritasını çıkarmaya başladılar.
Kapsamlı literatür araştırmasından sonra, yüksek kaliteli verilerden bir örnek oluşturdular. Mevcut literatürdeki fenomen açıklamalarının incelenmesinin ardından, istisnasız tüm mevcut modellerin verilerle desteklenmeyen ek varsayımlar yaptığını gördüler. Daha da önemlisi, modellerin hiçbiri temiz veriler için ikna edici bir açıklama sunmuyor. Bu nedenle araştırmacılar temel modele geri döndüler ve temel varsayımlardan hangisinin geçerli olmadığını anlamaya çalıştılar.
Jetlerin ilk hızıyla ilgili tek bir varsayımı değiştirmenin verileri açıklamak için yeterli olduğunu keşfettiler. Araştırmacılar, diğer astrofizikçileri jetlerin oldukça göreli (yani ışık hızına çok yakın = aşırı hızlı) olmaları gerektiği sonucuna varmaya iten verileri incelemeye devam ettiler ve incelediler ve şaşkınlık ve sevinçle, jetlerin hiçbirinin olmadığını keşfettiler. mevcut argümanlar inceledikleri durumlarda geçerliydi. Oradan, büyük olasılıkla doğru yönde oldukları sonucuna vardılar.
Bu araştırmanın teorik kısmını yürüten Prof. Asaf Pe’er, kendisini verilerle çalışmaktan keyif alan bir teorisyen olarak tanımlıyor.
“Genel olarak astrofizik sistemlerin özelliği büyük bir karmaşıklıktır ve doğası gereği daha basit olan teorik modeller genellikle kilit noktaları gözden kaçırabilir” diye açıklıyor. “Birçok durumda, burada yaptığımız gibi, verilerin dikkatli bir şekilde incelenmesi, mevcut fikirlerin işe yaramadığını gösteriyor. Bu da bizi yeni fikirler üretmeye yöneltti. Bazen en basit, en az karmaşık fikir yeterlidir.”
Prof. Pe’er’in bu araştırmadaki ortakları, çalışmanın ilk yazarı, Bar-Ilan araştırma grubundan Dr. Hüsne Déréli-Begue ve Stockholm’deki KTH Kraliyet Teknoloji Enstitüsü’nden Prof. Felix Ryde’dir. Pe’er teoriye odaklanırken, işbirlikçileri onun önerdiği teoriyi harekete geçiren ve destekleyen verileri analiz etmeye odaklandı.
Prof. Pe’er, “Anlamayı geliştirmemiz biraz zaman aldı ve toplamda bir parametrenin değiştirilmesi gerektiğini fark ettiğimde, her şey tıpkı bir bulmaca gibi çalıştı” diyor. “Öyle ki, bir noktadan sonra, ne zaman yeni bir potansiyel sorunu gündeme getirsek, verilerin bizim lehimize olacağı benim için açıktı ve gerçekten de öyleydi.”
Astrofizik araştırması doğası gereği temel araştırmadır. Eğer gerçekten de araştırmacılar haklıysa, sonuçların hem bu alanda hem de jetleri üreten fiziksel süreçlerin anlaşılmasında bir paradigma değişikliğine yol açabilecek geniş kapsamlı çıkarımları olacaktır. Bu fenomenin kökenlerinin hala tam olarak bilinmediğini belirtmek önemlidir, ancak bir yıldızın (veya bir çift yıldızın) bir yıldıza çökmesiyle açıkça ilişkilidir. Kara delik. Araştırma sonuçları, bu mekanizmaların yanı sıra güçlü gama radyasyonu üretecek şekilde yaşamlarını sonlandıran yıldız türlerinin anlaşılmasında çok önemlidir.
“Bilimsel araştırma büyüleyicidir. Yeni fikirler sürekli olarak doğar ve test edilir. Veriler genellikle yetersiz olduğundan, insanlar genellikle fikirlerini yayınlar ve yollarına devam eder” diyor Prof. Pe’er. “Birçok fikri inceledikten sonra birdenbire açıklamasının çok basit olabileceğini fark ettiğim benzersiz bir durum vardı. Ben açıklamayı önerdikten sonra, onu mevcut verilerle tekrar tekrar kontrol ettik ve test üstüne testten geçti. Bu yüzden bazen en basit açıklama aynı zamanda en başarılı olanıdır.”
Referans: “Bir rüzgar ortamı ve onlarca Lorentz faktörü, gama ışını patlamalarını X-ışını platosunu açıklıyor” yazan Hüsne Dereli-Bégué, Asaf Pe’er, Felix Ryde, Samantha R. Oates, Bing Zhang ve Maria G. Dainotti, 24 Eylül 2022, Doğa İletişimi.
DOI: 10.1038/s41467-022-32881-1