Araştırmacılar, James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak Süpernova 1987A’nın merkezinde bir nötron yıldızının varlığını doğruladılar. Bu keşif, uzun süredir devam eden bir gizemi çözüyor ve süpernovaları ve onların evrendeki rollerini anlamamıza önemli ölçüde katkıda bulunuyor. Katkıda bulunanlar: HST, JWST/NIRSpec, J. Larsson
Bir keşif nötron yıldızı Süpernova 1987A’da yıldızların yaşam döngüsü ve temel elementlerin kozmik kökenleri aydınlatılıyor.
UCL’den (Londra Üniversitesi Koleji) Profesör Mike Barlow’un da aralarında bulunduğu uluslararası bir gökbilimci ekibi, 37 yıl önce gözlemlenen bir yıldız patlaması olan Süpernova 1987A’nın merkezinde bir nötron yıldızının var olduğuna dair ilk kesin kanıtı keşfetti.
Muhteşem Süpernova Olgusu
Süpernovalar, Güneş’in kütlesinin 8-10 katından daha büyük yıldızların çökmesinin muhteşem sonucudur. Hayatı mümkün kılan kimyasal elementlerin (karbon, oksijen, silikon ve demir gibi) ana kaynaklarıdır. Bu patlayan yıldızların çöken çekirdeği, bilinen evrendeki en yoğun maddeden oluşan çok daha küçük nötron yıldızlarının veya kara deliklerin oluşmasına neden olabilir.
Komşu bir cüce gökada olan Büyük Macellan Bulutu’nda yer alan Süpernova 1987A, 400 yıl içinde gece gökyüzünde görülen en yakın ve en parlak süpernovaydı.
Hayal edilemeyecek kadar küçük atom altı parçacıklar olan nötrinolar, süpernovada üretildi ve süpernovanın görülmesinden bir gün önce (23 Şubat 1987) Dünya’da tespit edildi; bu, bir nötron yıldızının oluşmuş olması gerektiğini gösteriyor. Ancak nötron yıldızının varlığını sürdürüp sürdürmediği ya da çöküp çökmediği bilinmiyor. Kara delikYıldız, patlamadan sonra oluşan toz nedeniyle gizlenmiş durumda.
SN 1987A’nın Hubble Uzay Teleskobu görüntüsü ile kompakt argon kaynağının birleşimi. Ortadaki soluk mavi kaynak, JWST/NIRSpec cihazıyla tespit edilen kompakt kaynaktan gelen emisyondur. Bunun dışında, kütlenin çoğunu içeren ve saniyede binlerce km hızla genişleyen yıldız kalıntıları bulunmaktadır. İçteki parlak “inci dizisi”, yıldızın dış katmanlarından gelen ve son patlamadan yaklaşık 20.000 yıl önce dışarı atılan gazdır. Hızlı enkaz artık halkayla çarpışıyor ve bu da parlak noktaları açıklıyor. İç halkanın dışında, muhtemelen iç halkayı oluşturan aynı işlemle üretilen iki dış halka vardır. İç halkanın solundaki ve sağındaki parlak yıldızların süpernovayla ilgisi yoktur. Katkıda bulunanlar: Hubble Uzay Teleskobu WFPC-3/James Webb Uzay Teleskobu NIRSpec/J. Larsson
James Webb Uzay Teleskobu ile Gizemi Çözmek
Dergide yayınlanan yeni çalışmada Bilimaraştırmacılar süpernovayı kızılötesi dalga boylarında gözlemlemek için James Webb Uzay Teleskobu (JWST), MIRI ve NIRSpec üzerindeki iki cihazı kullandılar ve dış elektronları sıyrılmış (yani atomlar iyonize edilmiş) ağır argon ve kükürt atomlarının kanıtlarını buldular. Yıldız patlamasının meydana geldiği yere yakın.
Ekip çeşitli senaryolar modelledi ve bu atomların yalnızca soğuyan sıcak bir nötron yıldızından gelen ultraviyole ve X-ışını radyasyonu veya alternatif olarak hızla dönen bir nötron yıldızı tarafından hızlandırılan ve onunla etkileşime giren göreceli parçacıkların rüzgarları tarafından iyonize edilebileceğini buldu. çevreleyen süpernova malzemesi (pulsar rüzgar bulutsusu).
Eğer ilk senaryo doğruysa, nötron yıldızının yüzeyi, 30 yıldan fazla bir süre önceki çöküşün merkezindeki oluşum anında 100 milyar dereceden soğumuş olduğundan, yaklaşık bir milyon derece olacaktır.
Bulutsunun Kalbinden Doğrudan Kanıt
Ortak yazar Profesör Mike Barlow (UCL Fizik ve Astronomi) şunları söyledi: “James Webb’in MIRI ve NIRSpec spektrometreleriyle Süpernova 1987A’yı çevreleyen bulutsunun tam merkezinden gelen güçlü iyonize argon ve kükürt emisyon çizgilerini tespit etmemiz, süpernovanın varlığının doğrudan kanıtıdır. iyonlaştırıcı radyasyonun merkezi kaynağıdır. Verilerimize iyonlaştırıcı radyasyonun güç kaynağı olarak yalnızca bir nötron yıldızı takılabilir.
“Bu radyasyon, sıcak nötron yıldızının milyon derecelik yüzeyinden yayılabileceği gibi, nötron yıldızının hızla dönmesi ve etrafındaki yüklü parçacıkları sürüklemesi durumunda oluşmuş olabilecek bir pulsar rüzgar bulutsusu tarafından da yayılabilir.
“Bir nötron yıldızının toz içinde saklanıp saklanmadığına dair gizem 30 yıldan fazla süredir devam ediyor ve bunu çözmüş olmamız heyecan verici.
“Süpernovalar yaşamı mümkün kılan kimyasal elementlerin ana kaynaklarıdır; bu nedenle onlara ilişkin modellerimizi doğru yapmak istiyoruz. Süpernova 1987A’daki nötron yıldızı gibi bize bu kadar yakın ve bu kadar yakın zamanda oluşmuş başka bir cisim yoktur. Etrafını saran malzeme genişlediğinden zaman geçtikçe daha fazlasını göreceğiz.”
Bilimsel Topluluğun Tepkisi
Araştırmanın başyazarı Profesör Claes Fransson (Stockholm Üniversitesi, İsveç) şunları söyledi: “JWST’nin mükemmel uzaysal çözünürlüğü ve mükemmel araçları sayesinde, ilk kez süpernovanın merkezini ve ne olduğunu araştırmayı başardık. orada yaratıldı.
“Artık büyük olasılıkla bir nötron yıldızından kaynaklanan kompakt bir iyonlaştırıcı radyasyon kaynağı olduğunu biliyoruz. Patlama anından beri bunu arıyorduk ancak tahminleri doğrulamak için JWST’yi beklemek zorunda kaldık.”
Araştırmanın diğer yazarı Dr. Patrick Kavanagh (Maynooth Üniversitesi, İrlanda): “SN 1987A’nın JWST gözlemlerine ilk kez bakmak çok heyecan vericiydi. MIRI ve NIRSpec verilerini kontrol ettiğimizde, SN 1987A’nın merkezindeki argondan kaynaklanan çok parlak emisyon dışarı fırladı. Bunun, kompakt nesnenin doğası hakkındaki soruyu nihayet cevaplayabilecek özel bir şey olduğunu hemen anladık.”
Çalışmanın ortak yazarlarından Profesör Josefin Larsson (Kraliyet Teknoloji Enstitüsü (KTH), İsveç) şunları söyledi: “Bu süpernova bize sürprizler sunmaya devam ediyor. Hiç kimse kompakt nesnenin argondan gelen süper güçlü bir emisyon hattı yoluyla tespit edileceğini tahmin etmemişti, bu yüzden onu JWST’de bu şekilde bulmamız biraz eğlenceli.”
Modeller, ağır argon ve kükürt atomlarının, patlamadan hemen önce büyük yıldızların içindeki nükleosentez nedeniyle büyük miktarda üretildiğini göstermektedir.
Patlayan yıldızın kütlesinin büyük bir kısmı saniyede 10.000 km’ye varan bir hızla genişlerken ve büyük bir hacme dağılırken, patlamanın meydana geldiği merkeze yakın iyonize argon ve kükürt atomları gözlendi.
Atomları iyonlaştırdığı düşünülen ultraviyole ve X-ışını radyasyonunun, yeni yaratılmış bir nötron yıldızının benzersiz bir imzası olduğu 1992 yılında tahmin edilmişti.
Bu iyonize atomlar, James Webb’in MIRI ve NIRSpec cihazları tarafından, ışığın bir spektrum halinde dağıldığı, spektroskopi adı verilen bir teknik kullanılarak tespit edildi; bu teknik, gökbilimcilerin, bir nesnenin kimyasal bileşimi de dahil olmak üzere fiziksel özelliklerini belirlemek için ışığı farklı dalga boylarında ölçmesine olanak tanıyor.
Mullard Uzay Bilimleri Laboratuvarı’ndaki bir UCL ekibi, dedektörlerinin eşit referans aydınlatmasını sağlayarak cihazın daha hassas ölçümler yapmasına olanak tanıyan NIRSpec’in Kalibrasyon Kaynağını tasarladı ve inşa etti.
Yeni çalışmaya İngiltere, İrlanda, İsveç, Fransa, Almanya, ABD, Hollanda, Belçika, İsviçre, Avusturya, İspanya ve Danimarka’dan araştırmacılar katıldı.
Süpernova (SN) 1987A Hakkında
SN 1987A, en çok çalışılan ve en iyi gözlemlenen süpernovadır.
23 Şubat 1987’de güney gökyüzündeki Büyük Macellan Bulutu’nda 160.000 ışıkyılı uzaklıkta patlayan bu süpernova, Johannes Kepler tarafından 1604’te gözlemlenen son çıplak gözle gözlemlenen süpernovadan bu yana en yakın süpernovaydı. SN 1987A sönmeden önceki birkaç ay boyunca bu mesafeden bile çıplak gözle görülebiliyordu.
Daha da önemlisi, nötrinoları aracılığıyla tespit edilen tek süpernovadır. Bu olayda yayılan muazzam enerjinin %99,9’unun son derece zayıf etkileşen parçacıklar olarak kaybolacağı tahmin edildiğinden bu oldukça önemlidir.
Geriye kalan %0,1 ise artığın genleşme enerjisinde ve ışık olarak ortaya çıkar. Yayılan çok sayıda nötrinodan (yaklaşık 10 üzeri 58) yaklaşık 20’si, 23 Şubat’ta saat 7:35:35 UT’de yıldızın çekirdeğindeki çöküşten itibaren Dünya çevresindeki üç farklı dedektör tarafından tespit edildi.
SN 1987A aynı zamanda patlamadan önce çekilen görüntülerden patlayan yıldızın tespit edilebildiği ilk süpernovaydı. Nötrinoların yanı sıra çökme ve patlamanın en ilginç sonucu, bir kara delik veya nötron yıldızının yaratıldığı öngörüsüdür. Bu, Güneş’in 1,5 katı kütleye sahip, çökmüş yıldızın yalnızca merkezi çekirdeğini oluşturuyor. Geri kalanı ışık hızının %10’una kadar bir hızla dışarı atılır ve bugün doğrudan gözlemlediğimiz genişleyen kalıntıyı oluşturur.
Nötrino patlamasının ‘uzun’ 10 saniyelik süresi, bir nötron yıldızının oluşumuna işaret ediyordu, ancak radyo ve X-ışını gözlemlerinden elde edilen birçok ilginç göstergeye rağmen, şimdiye kadar kompakt bir nesneye dair kesin bir kanıt bulunamamıştı ve bu, ana nedendi. SN 1987A için çözülmemiş sorun kaldı.
Bunun önemli bir nedeni patlamadan sonraki yıllarda oluştuğunu bildiğimiz büyük toz parçacıkları kütlesi olabilir. Bu toz, merkezden gelen görünür ışığın çoğunu engelleyebilir ve dolayısıyla kompakt nesneyi görünür dalga boylarında gizleyebilir.
Nötron Yıldızının İki Senaryosu
Yazarlar çalışmalarında iki ana olasılığı tartışıyorlar: ya sıcak, milyon derecelik yeni doğmuş nötron yıldızından gelen radyasyon ya da alternatif olarak, hızla dönen nötron yıldızından (pulsar) güçlü manyetik alanda hızlanan enerjik parçacıklardan gelen radyasyon. Bu, 1054 yılında Çinli gökbilimciler tarafından gözlemlenen süpernovanın kalıntısı olan, merkezinde pulsarı bulunan ünlü Yengeç Bulutsusu’nda işleyen mekanizmanın aynısıdır.
Bu iki senaryonun modelleri, spektrum için benzer tahminlerle sonuçlanır; bunlar gözlemlerle iyi uyum sağlar ancak ayırt edilmesi zordur. JWST ve yer tabanlı teleskoplarla görünür ışıkta daha fazla gözlem yapılmasının yanı sıra Hubble uzay teleskobubu modelleri ayırt edebilecektir.
Her iki durumda da, JWST ile yapılan bu yeni gözlemler, SN 1987A’nın merkezindeki kompakt bir nesnenin, büyük olasılıkla bir nötron yıldızının varlığına dair ikna edici kanıtlar sağlıyor.
Özetle, JWST tarafından yapılan bu yeni gözlemler, ata ve nötrinolara ilişkin önceki gözlemlerle birlikte, bu eşsiz nesnenin tam bir resmini sağlıyor.
Referans: C. Fransson, MJ Barlow, PJ Kavanagh, J. Larsson, OC Jones, B. Sargent, M. Meixner, P. Bouchet, “Süpernova 1987A’nın kalıntısındaki kompakt bir nesneden kaynaklanan iyonlaştırıcı radyasyon nedeniyle emisyon çizgileri”, T. Temim, GS Wright, JADL Blommaert, N. Habel, AS Hirschauer, J. Hjorth, L. Lenkić, T. Tikkanen, R. Wesson, A. Coulais, OD Fox, R. Gastaud, A. Glasse, J. Jaspers, O. Krause, RM Lau, O. Nayak, A. Rest, L. Colina, EF van Dishoeck, M. Güdel, Th. Henning, P.-O. Lagage, G. Östlin, TP Ray ve B. Vandenbussche, 22 Şubat 2024, Bilim.
DOI: 10.1126/science.adj5796