Araştırma ekibi ilk kez bir kilonova patlamasının farklı izlerini aynı anda modelliyor

Nötron yıldızları, büyük kütleli yıldızların son ürünleridir ve orijinal yıldız kütlesinin büyük bir bölümünü, yalnızca yaklaşık on kilometre çapında, süper yoğun bir yıldızda bir araya getirir. 17 Ağustos 2017’de araştırmacılar, yörüngedeki iki nötron yıldızının patlayıcı birleşmesinin çeşitli işaretlerini ilk kez gözlemlediler: yerçekimi dalgaları ve gama ışını patlaması da dahil olmak üzere devasa radyasyon patlamaları.

Uluslararası bir araştırma ekibi, bir kilonovanın bu gözlemlenebilir sinyallerini eşzamanlı olarak modellemek için bir yöntem geliştirdi. Bu onların birleşme sırasında tam olarak ne olduğunu, nükleer maddenin aşırı koşullar altında nasıl davrandığını ve bu tür olaylarda Dünya’daki altının neden yaratılmış olması gerektiğini tam olarak tanımlamalarına olanak tanıyor.

Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü ve Potsdam Üniversitesi’nden oluşan bir ekip, yeni bir yazılım aracı kullanarak bir kilonovadan gelen çeşitli astrofizik verilerini eş zamanlı olarak yorumladı.

Ek olarak, diğer nötron yıldızlarının radyo ve X-ışını gözlemlerinden elde edilen veriler, nükleer fizik hesaplamaları ve hatta dünyaya bağlı hızlandırıcılar üzerindeki ağır iyon çarpışma deneylerinden elde edilen veriler bile kullanılabilir. Şimdiye kadar çeşitli veri kaynakları ayrı ayrı analiz ediliyor ve bazı durumlarda veriler farklı fiziksel modeller kullanılarak yorumlanıyordu.

Utrecht Üniversitesi’nden bilim adamı Peter TH Pang, “Verileri tutarlı ve eş zamanlı olarak analiz ederek daha kesin sonuçlar elde ediyoruz” diyor.

Profesör Tim Dietrich şöyle açıklıyor: “Yeni yöntemimiz, aşırı yoğunluklardaki maddenin özelliklerini analiz etmeye yardımcı olacak. Aynı zamanda evrenin genişlemesini ve nötron yıldızı birleşmeleri sırasında ağır elementlerin ne ölçüde oluştuğunu daha iyi anlamamızı sağlayacak.” Potsdam Üniversitesi’nde ve Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nde Max Planck Fellow grubunun başkanı.

Kozmik bir laboratuvardaki aşırı koşullar

Nötron yıldızı, büyük bir yıldızın ömrünün sonunda bir süpernova patlaması sonucu oluşan süper yoğun bir astrofiziksel nesnedir. Diğer kompakt nesneler gibi, bazı nötron yıldızları da ikili sistemlerde birbirlerinin yörüngesinde dönerler. Yerçekimsel dalgaların (uzay-zaman dokusundaki küçük dalgalanmalar) sürekli yayılması nedeniyle enerji kaybederler ve sonunda çarpışırlar.

Bu tür birleşmeler, araştırmacıların evrendeki en zorlu koşullar altında fiziksel prensipleri incelemesine olanak tanıyor. Örneğin bu yüksek enerjili çarpışmaların koşulları, altın gibi ağır elementlerin oluşmasına yol açmaktadır. Aslında, birleşen nötron yıldızları, atom çekirdeğinde bulunanların çok ötesindeki yoğunluklardaki maddenin özelliklerini incelemek için benzersiz nesnelerdir.

Yeni yöntem, şimdiye kadar ikili nötron yıldızı birleşmelerinin ilk ve tek çoklu haberci gözlemine uygulandı. 17 Ağustos 2017’de keşfedilen bu olayda, yıldızların birbirleri etrafındaki son birkaç bin yörüngesi, karasal kütleçekim dalgası gözlemevleri Advanced LIGO ve Advanced Virgo tarafından tespit edilen yerçekimsel dalgalar oluşturmaya yetecek kadar uzay-zamanı bükmüştü. İki yıldız birleştikçe yeni oluşan ağır elementler dışarı atıldı.

Bu elementlerin bazıları radyoaktif olarak bozunarak sıcaklığın yükselmesine neden oldu. Bu termal radyasyonun tetiklediği optik, kızılötesi ve morötesi sinyal, çarpışmadan iki hafta sonrasına kadar tespit edildi. Nötron yıldızı birleşmesinden kaynaklanan bir gama ışını patlaması da ek malzeme fırlattı. Nötron yıldızının maddesinin çevredeki ortamla reaksiyonu, günlerden yıllara kadar değişen zaman ölçeklerinde izlenebilen X ışınları ve radyo emisyonları üretti.

Gelecekteki tespitler için daha doğru sonuçlar

Yerçekimi dalgası dedektörleri şu anda dördüncü gözlem çalışmalarındadır. Bir nötron yıldızı birleşmesinin bir sonraki tespiti her an gerçekleşebilir ve araştırmacılar, geliştirdikleri aracı kullanmayı sabırsızlıkla bekliyorlar.

İş yayınlanan dergide Doğa İletişimi.