NASA, 50 yıllık gama ışını patlaması bilimine bakıyor

Elli yıl önce, 1 Haziran 1973’te, dünyanın dört bir yanındaki gökbilimciler, GRB’ler (gama ışını patlamaları) adı verilen güçlü ve şaşırtıcı yeni bir fenomenle tanıştı. Bugün NASA’nın Swift ve Fermi misyonları gibi yörüngedeki uydulardaki sensörler, günde ortalama bir kez gökyüzünde bir yerde bir GRB tespit ediyor. Gökbilimciler, patlamaların uzak galaksilerdeki yıldızları içeren felaket olaylarından, yeni kara delikler ürettiği düşünülen olaylardan kaynaklandığını düşünüyor.

NASA’nın Compton ve Fermi uydularında GRB dedektörlerinin geliştirilmesine yardımcı olan Huntsville, Alabama Üniversitesi’nde araştırma bilimcisi olan Charles Meegan, “Gama ışını patlamaları keşfedildiğindeki heyecanı hala hatırlıyorum,” dedi. “O zamanlar yüksek lisans öğrencisiydim, bu garip olayları incelemenin önümüzdeki 50 yıl boyunca kariyerim olacağının farkında değildim.”

Uzağa yayılan alevlenmeler

GRB’lerle, hemen hemen her şey aşırıdır. Galaksimizin o kadar ötesinde meydana gelirler ki, bilinen en yakın patlama bile 100 milyon ışık yılı uzakta patlamıştır. Her patlama, tipik olarak milisaniyelerden dakikalara kadar süren, ışığın en yüksek enerjili formu olan gama ışınlarının ilk darbesini üretir. Bu emisyon, yönümüze fırlatılan ışık hızına yakın hareket eden bir parçacık jetinden gelir ve tam olarak namluya ne kadar yakınsak, o kadar parlak görünür. Bu ani emisyonun ardından, gama ışınları, X-ışınları, ultraviyole, görünür, kızılötesi ve radyo ışığından oluşan ve gökbilimcilerin saatlerce aylarca izleyebilecekleri bir solma sonrası parıltısı gelir.

Yarım asır sonra bile GRB’ler sürprizler sunuyor. Yakın tarihli bir patlama o kadar parlaktı ki, uzaydaki gama ışını detektörlerinin çoğunu geçici olarak kör etti. TEKNE lakaplı (tüm zamanların en parlakı), 7 dakikalık patlama son 10.000 yılın en parlak GRB’si olabilir. Ayrıca, bilim adamlarının bu olaylarla ilgili en umut verici modellerinin neredeyse tamamlanmadığını da gösterdi.

nükleer gözlemciler

GRB’nin hikayesi Ekim 1963’te Amerika Birleşik Devletleri, Birleşik Krallık ve Sovyetler Birliği tarafından imzalanan ve nükleer silahların atmosferde, su altında veya uzayda denenmesini yasaklayan bir anlaşmanın yürürlüğe girmesiyle başlar. Uyumluluğu sağlamak için ABD Hava Kuvvetleri, nükleer testleri uzaydan tespit etmek için sınıflandırılmamış bir araştırma ve geliştirme çabasını yönetiyordu. Anlaşmanın yürürlüğe girmesinden bir hafta sonra, Vela (İspanyolca “izlemek”) adı verilen bu uydulardan ilk ikisi çalışmalarına başladı.

Çiftler halinde fırlatılan Vela uyduları, nükleer patlamalardan kaynaklanan X-ışınlarının ve gama ışınlarının ilk parlamasını algılamak için tasarlanmış dedektörler taşıyordu. Bazen nükleer testler olmadığı açıkça belli olan olayları tetiklediler ve bilim adamları bu gözlemleri toplayıp incelediler. New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndan Ray Klebesadel, dört Vela 5 ve 6 uydusunda geliştirilmiş araçlarla, meslektaşları Ian Strong ve Roy Olsen ile birlikte, Dünya’yı ve Dünya’yı dışlayacak kadar doğrulanmış 16 gama ışını olayına yönelik yönler belirledi. Kaynak olarak güneş. yılında keşfi duyuran bir makale yayınladılar. Astrofizik Dergisi 1 Haziran 1973’te.

NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki Tom Cline ve Upendra Desai, güneş patlamalarını incelemeyi amaçlayan IMP 6 uydusunda bir dedektör kullanarak Vela bulgularını hızla doğruladı.

Atılımlar: BATSE & BeppoSAX

Teorisyenler, çoğu kendi galaksimizdeki nötron yıldızlarını içeren GRB’leri açıklamak için 100 model önerirken, farklı uzay araçları tarafından artan sayıda tespit edilmesine rağmen gözlemsel ilerleme yavaştı. Gama ışınları, görünür ışık veya X-ışınları gibi odaklanamaz, bu da kesin konum belirlemeyi oldukça zorlaştırır. Onlar olmadan, uzayda veya yerde daha büyük teleskoplar kullanarak diğer dalga boylarında GRB muadillerini aramak imkansızdı.

1991’de NASA, GRB’leri keşfetmeye adanmış BATSE (Patlama ve Geçici Bilim Deneyi) adlı bir enstrüman içeren Compton Gamma Ray Gözlemevi’ni başlattı. NASA’nın Alabama, Huntsville’deki Marshall Uzay Uçuş Merkezinde Meegan’ın da dahil olduğu bir ekip tarafından geliştirilen BATSE, önceki GRB dedektörlerinden yaklaşık 10 kat daha hassastı. Compton’ın dokuz yıllık görevi boyunca BATSE, gökbilimcilere aynı aletle yapılmış zengin bir gözlem seti sağlayan 2.704 patlama tespit etti.

İlk yılında, BATSE verileri patlamaların Samanyolu galaksimizin yapısını yansıtan bir model yerine tüm gökyüzüne dağıldığını gösterdi. Meegan, “Bu, uzak galaksilerden geldiklerini gösteriyordu ve bu, çoğu bilim adamının mümkün olduğunu düşündüğünden daha enerjik oldukları anlamına geliyordu.” Dedi.

Aynı sıralarda, BATSE ekibinin başka bir üyesi olan Chryssa Kouveliotou, patlamaları sınıflandırmak için bir girişimde bulundu. Ekip, patlama sürelerinin biri iki saniyeden kısa, diğeri iki saniyeden uzun süren iki geniş gruba ayrıldığını ve kısa patlamaların uzun olanlardan daha yüksek enerjili gama ışınları ürettiğini buldu.

Şu anda George Washington Üniversitesi’nde fizik bölümünün başkanı olan Kouveliotou, “Dolayısıyla, hem zamansal hem de spektral özellikler, iki ayrı GRB grubunu belirlemede anlaştılar: kısa ve uzun” dedi. “Kısa bir süre sonra, teorisyenler uzun GRB’leri büyük yıldızların çöküşüyle ​​ve kısa olanları ikili nötron yıldızı birleşmeleriyle ilişkilendirdiler.”

Anlamadaki bir sonraki adım, İtalyan-Hollanda uydusu BeppoSAX’tan havza gözlemleriyle geldi. Özel olarak bir GRB görevi olarak tasarlanmasa da, bir gama ışını monitörü ve iki geniş alanlı X-ray kamerası da dahil olmak üzere araç karışımı, saha için bir nimet olduğunu kanıtladı.

X-ışını kameralarından birinin görüş alanında bir patlama meydana geldiğinde, uzay aracı onu birkaç saat içinde yeterince iyi bir şekilde belirleyebildi ve ek araçlar getirilebildi. BeppoSAX ne zaman bir GRB’nin pozisyonuna dönse, cihazları hızla solmakta olan ve daha önce bilinmeyen bir yüksek enerji kaynağı buluyordu – X-ışını sonrası parlama teorisyenlerinin öngördüğü gibi. Bu konumlar, yer tabanlı büyük gözlemevlerinin görünür ışıkta ve radyo dalgalarında uzun GRB parlamalarını keşfetmesini sağladı ve ayrıca ilk mesafe ölçümlerine izin vererek GRB’lerin gerçekten çok uzaktaki olaylar olduğunu doğruladı.

hız ihtiyacı

2000 yılında NASA, GRB’leri tespit etmek ve yerelleştirmek için tasarlanmış küçük bir uydu olan HETE 2’yi fırlattı. Gemide doğru konumları hesaplayan ve hızlı bir şekilde – on saniye içinde – onları yere ileten ilk görevdi, böylece diğer gözlemevleri erken parlama sonrası fazları inceleyebilir. 29 Mart 2003’te keşfettiği patlama da kesin süpernova özellikleri sergileyerek iki fenomen arasındaki şüphelenilen ilişkiyi doğruladı.

BeppoSAX’in birkaç saatini alan şeyi, NASA’nın 2004’te başlatılan Neil Gehrels Swift Gözlemevi yaklaşık bir dakika içinde yapabilir. Misyonun şu anki baş müfettişi olan Goddard’dan S. Bradley Cenko, “Ona bir nedenden dolayı Swift adını verdik” dedi. “Hızlı, otomatik tepkisi, daha önce görülmemiş X-ışını parlamalarını ve diğer özellikleri tespit etmemizi sağladı.”

Bu misyonlar tarafından tespit edilen GRB’leri takip etmek, uzun patlamaların galaksilerin yıldız oluşturan bölgeleriyle ilişkili olduğunu ve genellikle süpernovaların eşlik ettiğini doğruladı. Mayıs 2005’te Swift, kısa bir GRB’nin ilk parlamasını tespit edebildi ve bu patlamaların az yıldız oluşumunun olduğu bölgelerde meydana geldiğini gösterdi. Bu, birlikte çarpmaları için gereken milyonlarca yıl boyunca doğum yerlerinden uzağa seyahat edebilen nötron yıldızlarının birleşmeleri gibi kısa patlamalar modelini destekledi.

2008’de NASA’nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu, GRB’leri avlamak için Swift’e katıldı ve bugüne kadar yaklaşık 3.500 tane gözlemledi. GBM (Gama Işın Patlaması Monitörü) ve Geniş Alan Teleskopu, X-ışınlarından uzayda tespit edilen en yüksek enerjili gama ışınlarına kadar olan patlamaların (100 milyon kez bir enerji aralığı) algılanmasına ve izlenmesine olanak tanır. Bu, görünür ışığın milyarlarca katı enerjiye sahip ardışık gama ışınlarının keşfedilmesini sağlamıştır.

sonraki devrim

2017’de Fermi ve Avrupa INTEGRAL uydusu, kısa bir GRB’yi yerçekimi dalgalarının bir kaynağına bağladı, uzay-zamanda yörüngede dönen nötron yıldızlarının içe doğru spirallenmesi ve birleşmesiyle oluşan dalgalanmalar. Bu, iki farklı kozmik “haberciyi”, yerçekimi ve ışığı birbirine bağlayan önemli bir ilkti. Gökbilimciler o zamandan beri başka bir “yerçekimi ve ışık” patlaması görmemiş olsalar da, yerçekimi dalgası gözlemevlerinin mevcut ve gelecekteki gözlem çalışmalarında daha fazlasının ortaya çıkacağını umuyorlar.

Fermi GBM ekibinin bir üyesi ve küçük bir uydu olan StarBurst’un baş araştırmacısı Marshall’dan Dan Kocevski, “Bu fenomeni daha derinlemesine araştırmak için daha yüksek hassasiyete sahip yeni uydular inşa ediyoruz, bu nedenle GRB biliminin geleceği parlak” dedi. nötron yıldızı birleşmelerinden GRB’leri keşfetmek için tasarlandı. Diğer görevler arasında Mart ayında Uluslararası Uzay İstasyonuna fırlatılan ve Washington’daki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’nda J. Eric Grove liderliğindeki bir deney paketinin parçası olan Glowbug; Goddard’dan Jeremy Perkins liderliğindeki ve 2024’ün başlarında lansmanı planlanan BurstCube; Dünya ile Ay arasında yörüngede dönecek olan ve Marshall’dan Chiumun Michelle Hui tarafından yönetilen MoonBEAM; ve Durham, New Hampshire Üniversitesi’nden Mark McConnell liderliğindeki uzay istasyonundan GRB jetlerini incelemek için tasarlanmış LEAP.

Yerçekimi ve gama ışını tesisleri erişimlerini artırdıkça, GRB hikayesinde yeni bir bölüm açılacak.

Lubbock’taki Texas Tech Üniversitesi’nde doçent olan Alessandra Corsi, “GRB’lere ilişkin anlayışımızda tamamen devrim yaratacak olan şey, onları evrenin en yoğun şekilde yıldız oluşturduğu yaklaşık 10 milyar yıl öncesine kadar izleme yeteneği olacak” dedi. Evrenin bu kısmı, şu anda sahip olduğumuzdan 10 kat daha hassas olan yeni nesil yerçekimi dalgası dedektörleri tarafından ve Swift ve Fermi’nin mümkün kıldığı fantastik bilimin sürekliliğini sağlayabilecek gelecekteki gama ışını misyonları tarafından araştırılacak.”