Yıldız yıkımı derbisi, güçlü gama ışını patlaması doğurdu

Uluslararası bir astrofizikçi ekibi, güçlü bir gama ışını patlamasının (GRB) kökenlerini ararken, bir yıldızı yok etmenin yeni bir yolunu bulmuş olabilir.

GRB’lerin çoğu, patlayan büyük kütleli yıldızlardan veya nötron yıldızı birleşmelerinden kaynaklansa da, araştırmacılar, GRB 191019A’nın bunun yerine eski bir galaksinin çekirdeğindeki süper kütleli bir kara deliği çevreleyen tıkalı ortamdaki yıldızların veya yıldız kalıntılarının çarpışmasından geldiği sonucuna vardı. Yıkım derbisi benzeri ortam, bir yıldızı yok etmek ve bir GRB oluşturmak için uzun süredir varsayılan ancak daha önce hiç görülmemiş bir yola işaret ediyor.

Araştırma dergide yayınlandı Doğa Astronomisi. Hollanda’daki Radboud Üniversitesi liderliğindeki araştırma ekibinde Northwestern Üniversitesi’nden astronomlar yer aldı.

Kuzeybatı astrofizikçisi ve çalışmanın ortak yazarı Wen-fai Fong, “Gama ışını patlamalarının geleneksel sınıflandırma şemasına uyan her yüz olay için, bizi bir döngüye sokan en az bir tuhaf top var” dedi. Evrenin yapabileceği muhteşem patlama çeşitliliği hakkında bize en çok şeyi anlatan bu tuhaf toplar.”

Kuzeybatı astrofizikçisi ve çalışmanın ortak yazarı Giacomo Fragione, “Yoğun yıldız sistemlerinde, özellikle de galaksilerin çekirdeklerindeki süper kütleli kara delikleri çevreleyen bu olağanüstü fenomenlerin keşfi inkar edilemez derecede heyecan verici” dedi. “Bu dikkate değer keşif, bize bu kozmik ortamlarda iş başında olan karmaşık dinamiklere dair heyecan verici bir bakış sunuyor ve onları başka türlü imkansız sayılacak olayların fabrikaları olarak kuruyor.”

Fong, Northwestern’deki Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nde fizik ve astronomi yardımcı doçenti ve Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi’nin (CIERA) bir üyesidir. Fragione, CIERA’da araştırma görevlisidir. Diğer Kuzeybatı ortak yazarları arasında her ikisi de Ph.D. olan Anya Nugent ve Jillian Rastinejad bulunmaktadır. astronomi öğrencileri ve Fong’un araştırma grubunun üyeleri.

Çoğu yıldız, kütlelerine göre tahmin edilebilir üç yoldan biriyle ölür. Güneşimiz gibi nispeten düşük kütleli yıldızlar yaşlandıklarında dış katmanlarını dökerler ve sonunda solarak beyaz cüce yıldızlara dönüşürler. Öte yandan, daha büyük kütleli yıldızlar daha parlak yanar ve yıkıcı süpernova patlamalarında daha hızlı patlayarak nötron yıldızları ve kara delikler gibi ultra yoğun nesneler oluşturur. Üçüncü senaryo, bu tür iki yıldız kalıntısının bir ikili sistem oluşturduğu ve sonunda çarpıştığı zaman gerçekleşir.

Ancak yeni çalışma, dördüncü bir seçeneğin olabileceğini ortaya koyuyor.

Radboud Üniversitesi’nden bir astronom olan baş yazar Andrew Levan, “Sonuçlarımız, yıldızların evrenin en yoğun bölgelerinden bazılarında çarpışmaya sürüklenebilecekleri yerlerde ölümlerini karşılayabileceklerini gösteriyor” dedi. “Bu, yıldızların nasıl öldüğünü anlamak ve Dünya’da tespit edebileceğimiz hangi beklenmedik kaynakların yerçekimi dalgaları yaratabileceği gibi diğer soruları yanıtlamak için heyecan verici.”

Yıldız oluşturan asal dönemlerini çoktan geride bırakmış olan antik galaksilerin, varsa bile çok az büyük kütleli yıldızı kalmıştır. Bununla birlikte, çekirdekleri yıldızlarla ve beyaz cüceler, nötron yıldızları ve kara delikler gibi ultra yoğun yıldız kalıntılarıyla doludur. Gökbilimciler, süper kütleli bir kara deliği çevreleyen çalkantılı aktivite kovanında, iki yıldız nesnesinin bir GRB oluşturmak üzere çarpışmasının an meselesi olacağından uzun süredir şüpheleniyorlar. Ancak bu tür bir birleşme için kanıt bulmak zor.

19 Ekim 2019’da, NASA’nın Neil Gehrels Swift Gözlemevi bir dakikadan biraz fazla süren parlak bir gama ışını parlaması tespit ettiğinde gökbilimciler böyle bir olayın ilk ipuçlarını gördüler. İki saniyeden uzun süren herhangi bir GRB, “uzun” olarak kabul edilir. Bu tür patlamalar tipik olarak güneşimizin kütlesinin en az 10 katı olan yıldızların çökmesinden kaynaklanır.

Araştırmacılar daha sonra, GRB’nin solma sonrası parıltısının uzun vadeli gözlemlerini yapmak için Şili’deki Ulusal Bilim Vakfı’nın NOIRLab’ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin bir parçası olan Gemini Güney teleskopunu kullandılar.

Bu gözlemler, astronomların GRB’nin konumunu eski bir galaksinin çekirdeğinden 100 ışıkyılı daha kısa bir mesafede – galaksinin süper kütleli kara deliğinin çok yakınında – tam olarak belirlemesini sağladı. Merakla, araştırmacılar aynı zamanda Gemini South tarafından yakalanan ışıkta izini bırakacak karşılık gelen bir süpernovaya dair hiçbir kanıt bulamadılar.

“Uzun GRB 191019A’ya eşlik eden bir süpernovanın olmaması, bize bu patlamanın tipik bir büyük yıldız çöküşü olmadığını söylüyor,” dedi bir süpernovanın verilerin içinde gizlenmediğinden emin olmak için hesaplamalar yapan Rastinejad. “Ev sahibi galaksinin çekirdeğine gömülü GRB 191019A’nın konumu, yerçekimi dalgası yayan kaynakların nasıl oluşabileceğine dair tahmin edilen ancak henüz kanıtlanmamış bir teoriyle dalga geçiyor.”

Tipik galaktik ortamlarda, nötron yıldızları ve kara delikler gibi çarpışan yıldız kalıntılarından uzun GRB’lerin üretilmesi inanılmaz derecede nadirdir. Bununla birlikte, eski galaksilerin çekirdekleri tipik olmaktan uzak her şeydir ve sadece birkaç ışık yılı çapındaki bir bölgeye sıkışmış bir milyon veya daha fazla yıldız olabilir.

Bu tür aşırı nüfus yoğunluğu, özellikle süper kütleli bir kara deliğin titanik yerçekimi etkisi altında, yıldızların hareketlerini bozacak ve onları rastgele yönlere sallayacak kadar ara sıra yıldız çarpışmalarının meydana gelmesine yetecek kadar büyük olabilir. Sonunda, bu asi yıldızlar kesişip birleşerek, geniş kozmik mesafelerden gözlemlenebilecek devasa bir patlamayı tetikleyecekti.

Ev sahibi galaksinin önemli modellemesini gerçekleştiren Nugent, “Bu olay, kısa ve uzun GRB’lerin ortamları için sahip olduğumuz hemen hemen her beklentiyi karıştırıyor” dedi.

“Uzun GRB’ler hiçbir zaman GRB 191019A’nın ev sahibi kadar eski ve ölü galaksilerde bulunmazken, birleşme kökenlerine sahip kısa GRB’lerin ev sahiplerinin çekirdekleriyle bu kadar bağlantılı olduğu gözlemlenmemiştir. eski, hareketsiz galaksi, daha önce nadiren gözlemlenen ikili sistemlerin oluşumu için umut verici yeni yollara kapı açıyor.”

Bu tür olayların, evrendeki benzer kalabalık bölgelerde rutin olarak meydana gelmesi, ancak bu noktaya kadar fark edilmemesi mümkündür. Belirsizliklerinin olası bir nedeni, galaktik merkezlerin hem GRB’nin ilk parlamasını hem de sonuçta ortaya çıkan parlamayı gizleyebilecek toz ve gazla dolu olmasıdır. GRB 191019A, gökbilimcilerin patlamayı tespit etmesine ve sonrasındaki etkilerini incelemesine olanak tanıyan nadir bir istisna olabilir.

Fong, “Bu olay türünün keşfedilen ilk örneği olsa da, galaksilerine yakın büyük miktarda toz tarafından gizlenen daha fazlası olabilir” dedi. “Aslında, bu uzun süreli olay kompakt nesnelerin birleştirilmesinden geldiyse, geleneksel sınıflandırmalarımıza meydan okuyan büyüyen GRB popülasyonuna katkıda bulunuyor.”

Araştırmacılar, bu olaylardan daha fazlasını keşfetmeye çalışarak, bir GRB tespitini karşılık gelen bir yerçekimi dalgası tespitiyle eşleştirmeyi umuyorlar; bu, gerçek doğaları hakkında daha fazla bilgi verecek ve en karanlık ortamlarda bile kökenlerini doğrulayacak. Vera C. Rubin Gözlemevi, 2025’te faaliyete geçtiğinde bu tür araştırmalar için çok değerli olacak.

“Antik bir galaksinin çekirdeğinden dinamik kaynaklı uzun süreli bir gama ışını patlaması” başlıklı çalışma yayınlandı. Doğa Astronomisi.