James Webb Uzay Teleskobu, süpernova SN 1987A’nın kalıntılarında bir nötron yıldızının ilk doğrudan kanıtını belirledi ve büyük yıldızların yaşam döngüsü ve kozmik patlamaların doğası hakkında önemli bilgiler sağladı. Katkıda bulunanlar: HST, JWST/NIRSpec, J. Larsson
Gökbilimciler Süpernova 1987A’nın kalıntıları arasında uzun süredir aranan kompakt nesneyi tespit etti
Şubat 1987’de, neredeyse 400 yıldır Dünya’ya en yakın süpernova patladı. Süpernova 1987A (SN 1987A) olarak adlandırılan bu yıldız, 160.000 ışıkyılı uzaklıkta bir cüce galaksi olan Büyük Macellan Bulutu’ndaki devasa bir yıldızın ölümünden kaynaklandı. O günden bu yana geçen on yıllarda, onun kalıntısı, X-ışınlarından radyoya kadar tüm ışık dalga boylarındaki teleskoplar tarafından incelendi. Ancak tüm incelemelere rağmen bir gizem kaldı.
Teori, yıldız patlamasının ya bir nötron yıldızı veya bir Kara delik. Bu kadar kompakt bir nesneye dair kanıt uzun süredir aranıyor ancak başarı sağlanamıyor. Şimdi yeni gözlemler NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu yüksek enerji emisyonunun etkileriyle ortaya çıkan, bir nötron yıldızının muhtemel olduğuna dair ilk doğrudan kanıtı sağladılar.
James Webb Uzay Teleskobu, SN 1987A olarak bilinen, iyi bilinen ve yakın zamanda gözlemlenen bir süpernovanın sahasında bir nötron yıldızının emisyonuna ilişkin şimdiye kadarki en iyi kanıtları gözlemledi. Solda 2023’te piyasaya sürülen bir NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera) görüntüsü var. Sağ üstteki görüntü, MIRI’nin (Orta Kızılötesi Cihaz) Orta Çözünürlüklü Spektrograf (MRS) modu tarafından yakalanan tek iyonize argondan (Argon II) gelen ışığı gösteriyor. Sağ alttaki görüntü, NIRSpec (Yakın Kızılötesi Spektrograf) tarafından yakalanan çoklu iyonize argondan gelen ışığı göstermektedir. Her iki cihaz da süpernova kalıntısının merkezinden güçlü bir sinyal gösteriyor. Bu, bilim ekibine orada yüksek enerjili bir radyasyon kaynağının, büyük olasılıkla bir nötron yıldızının bulunduğunu gösterdi. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Claes Fransson (Stockholm Üniversitesi), Mikako Matsuura (Cardiff Üniversitesi), M. Barlow (UCL), Patrick Kavanagh (Maynooth Üniversitesi), Josefin Larsson (KTH)
Webb Genç Süpernova Kalıntısının Kalbinde Nötron Yıldızına İlişkin Kanıt Buldu
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu, yakın zamanda gözlemlenen bir süpernova bölgesinde bir nötron yıldızının emisyonuna ilişkin şimdiye kadarki en iyi kanıtı buldu. SN 1987A olarak bilinen süpernova, çekirdeği çöken bir süpernovaydı; bu, çekirdeğindeki sıkıştırılmış kalıntıların ya bir nötron yıldızı ya da bir kara delik oluşturduğu anlamına geliyordu. Böylesine kompakt bir nesneye dair kanıt uzun süredir aranıyordu ve bir nötron yıldızının varlığına dair dolaylı kanıtlar daha önce bulunmuş olsa da, olası genç nötron yıldızından gelen yüksek enerjili emisyonun etkileri ilk kez tespit ediliyor.
Bazı büyük yıldızların patlayıcı son ölüm sancıları olan süpernovalar birkaç saat içinde patlar ve patlamanın parlaklığı birkaç ay içinde zirveye ulaşır. Patlayan yıldızın kalıntıları önümüzdeki yıllarda hızlı bir oranda gelişmeye devam edecek ve bu da gökbilimcilere önemli bir astronomik süreci gerçek zamanlı olarak incelemek için nadir bir fırsat sunacak.
Süpernova 1987A
Süpernova SN 1987A, Büyük Macellan Bulutu’nda Dünya’dan 160.000 ışıkyılı uzaklıkta meydana geldi. Dünya’da ilk kez Şubat 1987’de gözlendi ve parlaklığı o yılın Mayıs ayında zirveye ulaştı. Bu, Kepler’in Süpernovası’nın 1604’te gözlemlenmesinden bu yana çıplak gözle görülebilen ilk süpernovaydı.
SN 1987A’nın ilk görünür ışık gözleminden yaklaşık iki saat önce, dünyanın dört bir yanındaki üç gözlemevi yalnızca birkaç saniye süren bir nötrino patlaması tespit etti. İki farklı gözlem türü aynı süpernova olayıyla bağlantılıydı ve süpernova çekirdek çöküşünün nasıl gerçekleştiğine dair teoriye bilgi sağlayacak önemli kanıtlar sağladı. Bu teori, bu tür bir süpernovanın bir nötron yıldızı veya kara delik oluşturacağı beklentisini içeriyordu. O zamandan beri gökbilimciler, genişleyen kalıntı malzemenin merkezinde bu kompakt nesnelerden biri veya diğeri için kanıt arıyorlar.
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 Katkı Sağlayanlar: Hubble Uzay Teleskobu WFPC-3/James Webb Uzay Teleskobu NIRSpec/J. Larsson
Kalıntının merkezinde bir nötron yıldızının varlığına ilişkin dolaylı kanıtlar son birkaç yılda bulundu ve Yengeç Bulutsusu gibi çok daha eski süpernova kalıntılarına ilişkin gözlemler, birçok süpernova kalıntısında nötron yıldızlarının bulunduğunu doğruluyor. Ancak şimdiye kadar SN 1987A’nın (veya buna benzer yakın tarihli herhangi bir süpernova patlamasının) ardından bir nötron yıldızına dair doğrudan bir kanıt gözlemlenmemişti.
Stockholm Üniversitesi’nden ve bu çalışmanın baş yazarı Claes Fransson şöyle açıkladı: “SN 1987A’nın teorik modellerine göre, süpernovadan hemen önce gözlemlenen 10 saniyelik nötrino patlaması, patlamada bir nötron yıldızının veya kara deliğin oluştuğunu ima ediyordu. Ancak herhangi bir süpernova patlamasından böyle yeni doğmuş bir nesnenin ikna edici bir izini gözlemlemedik. Bu gözlemeviyle artık yeni doğmuş kompakt bir nesnenin, büyük olasılıkla bir nötron yıldızının tetiklediği emisyona ilişkin doğrudan kanıt bulduk.”
Webb’in SN 1987A Gözlemleri
Webb, bilimsel gözlemlere Temmuz 2022’de başladı ve bu çalışmanın arkasındaki Webb gözlemleri 16 Temmuz’da alındı; bu, SN 1987A kalıntısını Webb tarafından gözlemlenen ilk nesnelerden biri haline getirdi. Ekip, aynı ekibin üyelerinin geliştirilmesine yardımcı olduğu Webb’in MIRI’sinin (Orta Kızılötesi Enstrüman) Orta Çözünürlüklü Spektrograf (MRS) modunu kullandı. MRS, İntegral Alan Birimi (IFU) olarak bilinen bir cihaz türüdür.
IFU’lar aynı anda bir nesneyi görüntüleyebilir ve onun spektrumunu alabilir. IFU, her pikselde bir spektrum oluşturarak gözlemcilerin nesne üzerindeki spektroskopik farklılıkları görmesine olanak tanır. Her spektrumun Doppler kaymasının analizi aynı zamanda her konumdaki hızın değerlendirilmesine de olanak tanır.
Sonuçların spektral analizi, SN 1987A’nın orijinal bölgesini çevreleyen, dışarı atılan malzemenin merkezinden gelen iyonize argondan dolayı güçlü bir sinyal olduğunu gösterdi. Daha kısa dalga boylarında Webb’in NIRSpec (Yakın Kızılötesi Spektrograf) IFU’sunu kullanan sonraki gözlemler, daha da ağır iyonize olmuş kimyasal elementler, özellikle de beş kat iyonize argon (18 elektronundan beşini kaybetmiş argon atomları anlamına gelir) buldu. Bu tür iyonların oluşması için yüksek enerjili fotonlar gerekir ve bu fotonların bir yerden gelmesi gerekir.
Fransson, “Ejektada gözlemlediğimiz bu iyonları oluşturmak için, SN 1987A kalıntısının merkezinde yüksek enerjili bir radyasyon kaynağının olması gerektiği açıktı” dedi. “Makalede farklı olasılıkları tartışıyoruz, yalnızca birkaç senaryonun olası olduğunu ve bunların hepsinin yeni doğmuş bir nötron yıldızını içerdiğini görüyoruz.”
Bu yıl Webb ve yer tabanlı teleskoplarla daha fazla gözlem yapılması planlanıyor. Araştırma ekibi devam eden çalışmanın SN 1987A kalıntısının kalbinde tam olarak neler olup bittiğine dair daha fazla netlik sağlayacağını umuyor. Bu gözlemlerin daha ayrıntılı modellerin geliştirilmesini teşvik edeceğini ve sonuçta gökbilimcilerin yalnızca SN 1987A’yı değil, tüm çekirdek çöküşü süpernovalarını daha iyi anlamalarını sağlayacağını umuyoruz.
Bu bulgular dergide yayınlandı Bilim.
Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için bkz. JWST, Tarihi Süpernova Enkazında Nötron Yıldızını Keşfediyor.
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
James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözüyor, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakıyor ve evrenimizin gizemli yapılarını ve kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştırıyor. Webb, NASA’nın ortakları ESA ile birlikte yürüttüğü uluslararası bir programdır (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı.