NASA’nın JWST’sini ve diğer teleskopları kullanan gökbilimciler, bir nötron yıldızı çarpışmasından kaynaklanan parlak bir gama ışını patlamasını tespit etti; bu, uzayda tellür gibi ağır metallerin ilk kez doğrudan gözlemlenmesine yol açtı. Bu keşif, evrendeki ağır elementlerin kökenine ışık tutuyor.
Birden fazla gözlemevi kullanan gökbilimciler, birleşen iki nötron yıldızındaki tellürü doğrudan tespit ediyor.
Gökyüzündeki olağanüstü yüksek enerjili ışık patlaması, gökbilimcileri Dünya’dan 900 milyon ışıkyılı uzaklıkta metal döven bir çift nötron yıldızına yöneltti.
Yakın zamanda yayınlanan bir çalışmada Doğabilim adamlarının da aralarında bulunduğu uluslararası bir gökbilimciler ekibi MİT, evrende bilinen en güçlü patlama türü olan son derece parlak bir gama ışını patlamasının (GRB) tespit edildiğini bildiriyor. Bu özel GRB şu ana kadar tespit edilen ikinci en parlak GRB’dir ve gökbilimciler daha sonra patlamanın kökeninin iki birleşen nötron yıldızına kadar izini sürdüler. Nötron yıldızları, büyük yıldızların çökmüş, aşırı yoğun çekirdekleridir ve evrendeki ağır metallerin çoğunun oluştuğu yer olduğu düşünülmektedir.
Uzayda Ağır Metallerin Kanıtı
Ekip, yıldızların birbirlerinin etrafında dönüp sonunda birleştikçe, GRB biçiminde muazzam miktarda enerji yaydıklarını buldu. Ve bir ilk olarak, gökbilimciler yıldızların sonrasında doğrudan ağır metallerin işaretlerini tespit ettiler. Spesifik olarak, Dünya’da platinden daha nadir bulunan ancak evrende bol olduğu düşünülen ağır, hafif toksik bir element olan tellür hakkında net bir sinyal yakaladılar.
Bu sanatçının konseptinde iki nötron yıldızı birleşmeye başlıyor, yüksek hızlı parçacık jetleri püskürtüyor ve bir enkaz bulutu oluşturuyor. Katkıda bulunanlar: A. Simonnet (Sonoma Eyalet Üniversitesi) ve Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Gökbilimciler birleşmenin 300 Dünya’nın kütlesine eşit olacak kadar tellür açığa çıkardığını tahmin ediyor. Ve eğer tellür mevcutsa, birleşme, Dünya’daki yaşamın büyük bir kısmı için gerekli bir mineral besin olan iyot gibi diğer yakından ilişkili elementleri çalkalamış olmalı.
Küresel Astronomik Çabalar
Keşif, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) yanı sıra NASA’nın TESS uydusu (MIT liderliğindeki bir görev) ve Çok Büyük Teleskop da dahil olmak üzere diğer yer ve uzay teleskopları kullanılarak dünya çapındaki gökbilimcilerin ortak çabalarıyla gerçekleştirildi. MIT’deki bilim adamlarının keşfe katkıda bulunmak için kullandığı Şili’deki VLT.
“Bu keşif, evrendeki ağır elementlerin oluşum bölgelerine ilişkin anlayışımızda ileri doğru atılmış önemli bir adımdır ve bu son derece enerjik patlamalara ilişkin yeni anlayışları ortaya çıkarmak için farklı dalga boylarındaki gözlemleri birleştirmenin gücünü göstermektedir” diyor çalışmanın ortak yazarı Benjamin Schneider. MIT’nin Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırma yapıyor.
Schneider, Hollanda’daki Radboud Üniversitesi’nden Andrew Levan tarafından yürütülen araştırmaya dünya çapında birçok kurumdan katkıda bulunan birçok araştırmacıdan biri ve Warwick Üniversitesi Birleşik Krallık’ta.
“Her şey bir anda”
İlk patlama 7 Mart 2023’te tespit edildi. NASAFermi Gama-Işını Uzay Teleskobu tarafından keşfedilen bu patlamanın, gökbilimcilerin GRB 230307A olarak adlandırdığı olağanüstü derecede parlak bir gama ışını patlaması olduğu belirlendi.
O zamanlar MIT’de araştırma bilimcisi olan ve şu anda Texas Tech Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Michael Fausnaugh, “Ne kadar parlak olduğunu abartmak zor olabilir” diyor. “Gama ışını astronomisinde genellikle tek tek fotonları sayarsınız. Ancak o kadar çok foton geldi ki dedektör tek tek olanları ayırt edemedi. Sanki kadran maksimuma ulaşmış gibiydi.”
İlgili kilonovayı ve ona ev sahipliği yapan galaksiyi gösteren GRB 230307A alanının JWST/NIRCam görüntüsü. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Andrew Levan (IMAPP, Warw)
Ultra parlak patlama da olağanüstü derecede uzundu; 200 saniye sürüyordu. nötron yıldızı birleşmeler genellikle iki saniyeden daha kısa süre boyunca yanıp sönen kısa GRB’lerle sonuçlanır. Gökbilimciler diğer teleskopları patlamaya odaklarken, parlak ve uzun süren parlama dünya çapında hemen ilgi çekti. Gama ışını parlaması güneş sistemindeki uydular tarafından tespit edildiğinden bu sefer patlamanın parlaklığı bilim adamlarının avantajına oldu. Gökbilimciler bu gözlemleri üçgenleyerek patlamanın konumunu (güney gökyüzünde, Mensa takımyıldızı içinde) netleştirebildiler.
MIT’de Schneider ve Fausnaugh çok yönlü araştırmaya katıldı. Fermi’nin ilk tespitinden kısa bir süre sonra Fausnaugh, patlamanın veride görünüp görünmediğini kontrol etti. TESS GRB 230307A’nın başlangıçta tespit edildiği gökyüzünün aynı bölümüne işaret eden uydu. Fausnaugh, TESS verilerinin bu kısmını tekrar inceledi ve patlamayı tespit etti, ardından başından sonuna kadar aktivitesini takip etti.
Fausnaugh, “Her şeyi aynı anda görebiliyorduk” diyor. “Gerçekten parlak bir parıltı gördük, ardından küçük bir çarpma ya da gün batımı sonrası parıltı izledik. Bu çok benzersiz bir ışık eğrisiydi. TESS olmadan gama ışınlarıyla aynı anda meydana gelen erken optik flaşı gözlemlemek neredeyse imkansızdır.”
Bu arada Schneider patlamayı başka bir yer tabanlı dürbünle inceledi: Çok Büyük Teleskop (VLT) Şili’de. Bu teleskop üzerinde çalışan büyük bir GRB gözlem programının bir üyesi olan Schneider, Fermi’nin ilk gözleminden kısa bir süre sonra vardiyadaydı ve teleskopu patlamaya doğru odakladı.
VLT’nin gözlemleri TESS’in verilerini tekrarladı ve aynı derecede ilginç bir modeli ortaya çıkardı: GRB’nin emisyonlarının mavi dalga boylarından kırmızı dalga boylarına hızla geçiş yaptığı görüldü. Bu model, genellikle iki nötron yıldızının çarpışmasıyla meydana gelen devasa bir patlama olan kilonovanın karakteristiğidir. MIT grubunun analizleri, dünya çapındaki diğer gözlemlerle birleştiğinde, GRB’nin muhtemelen birleşen iki nötron yıldızının ürünü olduğunun belirlenmesine yardımcı oldu.
Nötron Yıldızı Birleşmesinin İzini Sürmek
Birleşmenin kendisi nereden kaynaklandı? Bunun için gökbilimciler, uzayın içini diğer teleskoplardan daha fazla görebilen JWST’nin derin alan görüntüsüne yöneldiler. Gökbilimciler, nötron yıldızlarının ortaya çıktığı ev sahibi galaksiyi seçmeyi umarak GRB 230307A’yı gözlemlemek için JWST’yi kullandılar. Teleskopun görüntüleri, garip bir şekilde, GRB’nin herhangi bir ev sahibi galaksiden ayrılmış gibi göründüğünü ortaya çıkardı. Ancak yakınlarda, yaklaşık 120.000 ışıkyılı uzaklıkta bir galaksinin olduğu ortaya çıktı.
Teleskobun gözlemleri nötron yıldızlarının yakındaki galaksiden atıldığını gösteriyor. Muhtemelen ikili bir sistemde bir çift büyük yıldız olarak oluşmuşlardır. Sonunda, her iki yıldız da, çifti kendi galaksilerinden etkili bir şekilde “atan” güçlü olaylarla nötron yıldızlarına dönüştü ve birkaç yüz milyon yıl sonra yavaş yavaş birbirlerinin etrafında dönüp birleştikleri yeni bir konuma kaçmalarına neden oldu.
Birleşmenin enerjik emisyonlarının ortasında JWST ayrıca net bir tellür sinyali de tespit etti. Yıldızların çoğu hafif elementleri demire kadar karıştırabilirken, evrendeki diğer tüm ağır elementlerin, nötron yıldızı birleşmesi gibi daha ekstrem ortamlarda oluştuğu düşünülüyor. JWST’nin tellür tespiti, ilk gama ışını patlamasının bir nötron yıldızı birleşmesinden kaynaklandığını da doğruladı.
Schneider, “JWST için bu yalnızca başlangıç ve şimdiden büyük bir fark yarattı” diyor. “Gelecek yıllarda daha fazla nötron yıldızı birleşmesi tespit edilecek. JWST’nin diğer güçlü gözlemevleriyle birleşimi, bu aşırı patlamaların doğasına ışık tutmak açısından çok önemli olacak.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz:
Referans: Andrew Levan, Benjamin P. Gompertz, Om Sharan Salafia, Mattia Bulla, Eric Burns, Kenta Hotokezaka, Luca Izzo, Gavin P. Lamb, Daniele B. Malesani, “JWST tarafından gözlemlenen kompakt nesne birleşmesinde ağır element üretimi”, Samantha R. Oates, Maria Edvige Ravasio, Alicia Rouco Escorial, Benjamin Schneider, Nikhil Sarin, Steve Schulze, Nial R. Tanvir, Kendall Ackley, Gemma Anderson, Gabriel B. Brammer, Lise Christensen, Vikram S. Dhillon, Phil A. Evans , Michael Fausnaugh, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Chris Fryer, Johan PU Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Jamie A. Kennea, Mark R. Kennedy, Tanmoy Laskar, Giorgos Leloudas, Ilya Mandel , Antonio Martin-Carrillo, Brian D. Metzger, Matt Nicholl, Anya Nugent, Jesse T. Palmerio, Giovanna Pugliese, Jillian Rastinejad, Lauren Rhodes, Andrea Rossi, Andrea Saccardi, Stephen J. Smartt, Heloise F. Stevance, Aaron Tohuvavohu, Alexander van der Horst, Susanna D. Vergani, Darach Watson, Thomas Barclay, Kornpob Bhirombhakdi, Elmé Breedt, Alice A. Breeveld, Alexander J. Brown, Sergio Campana, Ashley A. Chrimes, Paolo D’Avanzo, Valerio D’Elia, Massimiliano De Pasquale, Martin J. Dyer, Duncan K. Galloway, James A. Garbutt, Matthew J. Green, Dieter H. Hartmann, Páll Jakobsson, Paul Kerry, Chryssa Kouveliotou, Danial Langeroodi, Emeric Le Floc’h, James K. Leung, Stuart P. Littlefair, James Munday, Paul O’Brien, Steven G. Parsons, Ingrid Pelisoli, David I. Sahman, Ruben Salvaterra, Boris Sbarufatti, Danny Steeghs, Gianpiero Tagliaferri, Christina C. Thöne, Antonio de Ugarte Postigo ve David Alexander Kann, 25 Ekim 2023, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06759-1