Araştırmacılar, tüm zamanların en parlak gama ışını patlamasının devasa bir yıldızın çöküşünden kaynaklandığını doğruladı

Ekim 2022’de, aralarında Northwestern Üniversitesi astrofizikçilerinin de bulunduğu uluslararası bir araştırmacı ekibi, şimdiye kadar kaydedilen en parlak gama ışını patlamasını (GRB) GRB 221009A’yı gözlemledi.

Şimdi, Kuzeybatı liderliğindeki bir ekip, TEKNE (“tüm zamanların en parlakı”) olarak adlandırılan tarihi patlamadan sorumlu olan olgunun, devasa bir yıldızın çöküşü ve ardından patlaması olduğunu doğruladı. Ekip, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanarak patlamayı veya süpernovayı keşfetti.

Bu keşif bir gizemi çözerken bir başka gizem de derinleşiyor.

Araştırmacılar, yeni ortaya çıkarılan süpernovada platin ve altın gibi ağır elementlerin bulunabileceğini öne sürdüler. Ancak kapsamlı aramada bu tür unsurlara eşlik eden imza bulunamadı. Evrendeki ağır elementlerin kökeni astronominin en büyük cevaplanmamış sorularından biri olmaya devam ediyor.

Araştırma dergide yayınlandı Doğa Astronomi.

Çalışmayı yöneten Northwestern’den Peter Blanchard, “GRB’nin büyük bir yıldızın çökmesi sonucu oluştuğunu doğruladığımızda, bu bize evrendeki en ağır elementlerden bazılarının nasıl oluştuğuna dair bir hipotezi test etme fırsatı verdi” dedi.

“Bu ağır elementlerin izlerini görmedik, bu da BOAT gibi son derece enerjik GRB’lerin bu elementleri üretmediğini gösteriyor. Bu, tüm GRB’lerin bunları üretmediği anlamına gelmiyor, ancak anlamaya devam ettiğimiz sürece önemli bir bilgi parçası.” Bu ağır elementlerin nereden geldiği. JWST ile yapılacak gelecekteki gözlemler, BOAT’ın ‘normal’ kuzenlerinin bu elementleri üretip üretmediğini belirleyecek.”

TEKNE’nin Doğuşu

9 Ekim 2022’de ışığı Dünya’nın üzerinden geçtiğinde, TEKNE o kadar parlaktı ki dünyadaki gama ışını dedektörlerinin çoğunu doyurdu. Güçlü patlama, Dünya’dan yaklaşık 2,4 milyar ışıkyılı uzaklıkta, Sagitta takımyıldızı yönünde meydana geldi ve birkaç yüz saniye sürdü. Gökbilimciler bu inanılmaz derecede parlak olgunun kökenini gözlemlemeye çalışırken, anında bir huşu duygusuna kapıldılar.

Northwestern Weinberg’den fizik ve astronomi profesörü Wen-fai Fong, “GRB’leri tespit edebildiğimiz sürece, bu GRB’nin 10 veya daha fazla faktörle şimdiye kadar tanık olduğumuz en parlak GRB olduğuna şüphe yok.” O zamanlar Fen Edebiyat Fakültesi ve CIERA üyesi olduğunu söylemişti.

Blanchard, “Olay, gama ışınlarını tespit etmek üzere tasarlanmış uydular tarafından şimdiye kadar kaydedilen en yüksek enerjili fotonlardan bazılarını üretti” dedi. “Bu, Dünya’nın yalnızca 10.000 yılda bir gördüğü bir olaydı. Evrende meydana gelen bu patlamaları tespit edecek teknolojiye sahip olduğumuz bir zamanda yaşadığımız için şanslıyız. TEKNE ve TEKNE gibi nadir görülen bir astronomik fenomeni gözlemlemek çok heyecan verici. Bu olağanüstü olayın ardındaki fiziği anlamaya çalışın.”

‘Normal’ bir süpernova

Blanchard, yakın çalışma arkadaşı Harvard Üniversitesi’nden Ashley Villar ve ekibi, olayı hemen gözlemlemek yerine GRB’yi sonraki aşamalarında görüntülemek istedi. GRB’nin ilk tespit edilmesinden yaklaşık altı ay sonra Blanchard, JWST’yi kullanarak onun sonrasını inceledi.

Blanchard, “GRB o kadar parlaktı ki, patlamadan sonraki ilk haftalarda ve aylarda herhangi bir potansiyel süpernova izini gizledi” dedi. “Bu zamanlarda, GRB’nin sözde sonradan parlaması, doğrudan size gelen bir arabanın farları gibiydi ve arabanın kendisini görmenizi engelliyordu. Bu yüzden bize bir şans vermek için onun önemli ölçüde sönmesini beklemek zorunda kaldık. süpernovayı görüyorum.”

Blanchard, nesnenin ışığını kızılötesi dalga boylarında gözlemlemek için JWST’nin Yakın Kızılötesi Spektrografını kullandı. İşte o zaman tipik olarak bir süpernovada bulunan kalsiyum ve oksijen gibi elementlerin karakteristik imzasını gördü. Şaşırtıcı bir şekilde, eşlik ettiği inanılmaz derecede parlak GRB gibi olağanüstü derecede parlak değildi.

Blanchard, “Önceki süpernovalardan daha parlak değil” dedi. “Daha az enerjili GRB’lerle ilişkili diğer süpernovalar bağlamında bu oldukça normal görünüyor. Çok enerjik ve parlak bir GRB üreten aynı çöken yıldızın aynı zamanda çok enerjik ve parlak bir süpernova da üretmesini bekleyebilirsiniz. Ancak durumun böyle olmadığı ortaya çıktı. Son derece parlak bir GRB’miz var ama normal bir süpernova.”

Eksik: Ağır elementler

Blanchard ve çalışma arkadaşları, süpernovanın varlığını ilk kez doğruladıktan sonra, süpernovanın içindeki ağır elementlerin kanıtlarını aradılar. Şu anda astrofizikçiler, evrende demirden daha ağır elementler üretebilen tüm mekanizmalar hakkında eksik bir resme sahipler.

Ağır elementlerin üretilmesine yönelik birincil mekanizma olan hızlı nötron yakalama süreci, yüksek konsantrasyonda nötron gerektirir. Şimdiye kadar astrofizikçiler, 2017 yılında Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) tarafından tespit edilen bir çarpışma olan iki nötron yıldızının birleşmesindeki bu süreç yoluyla ağır elementlerin üretimini yalnızca doğruladılar.

Ancak bilim insanları bu bulunması zor malzemeleri üretmenin başka yollarının da olması gerektiğini söylüyor. Evrende çok fazla ağır element var ve çok az sayıda nötron yıldızı birleşmesi var.

Blanchard, “Muhtemelen başka bir kaynak var” dedi. “İkili nötron yıldızlarının birleşmesi çok uzun bir zaman alır. İkili bir sistemdeki iki yıldızın, nötron yıldızlarını geride bırakabilmesi için önce patlaması gerekir. Daha sonra, iki nötron yıldızının yavaş yavaş birbirine yaklaşması milyarlarca, milyarlarca yıl sürebilir. yaklaşın ve sonunda birleşin.

“Fakat çok yaşlı yıldızların gözlemleri, çoğu ikili nötron yıldızının birleşmeye zaman bulamadan evrenin bazı bölümlerinin ağır metallerle zenginleştiğini gösteriyor. Bu da bizi alternatif bir kanala işaret ediyor.”

Astrofizikçiler, ağır elementlerin aynı zamanda hızla dönen büyük kütleli bir yıldızın (TEKNE’yi oluşturan yıldızın türü) çöküşüyle ​​de üretilebileceğini öne sürdüler. Blanchard, JWST tarafından elde edilen kızılötesi spektrumu kullanarak süpernovanın iç katmanlarını inceledi. ağır elementler oluşturulmalıdır.

Blanchard, “Yıldızın patlayan malzemesi ilk zamanlarda opaktır, dolayısıyla yalnızca dış katmanları görebilirsiniz.” dedi. “Fakat genişleyip soğuduktan sonra şeffaf hale geliyor. Ardından süpernovanın iç katmanından gelen fotonları görebilirsiniz.”

Blanchard, “Ayrıca, farklı elementler atomik yapılarına bağlı olarak farklı dalga boylarında fotonları emer ve yayar, bu da her elemente benzersiz bir spektral imza kazandırır.” diye açıkladı. “Dolayısıyla bir nesnenin spektrumuna bakmak bize hangi elementlerin mevcut olduğunu söyleyebilir. BOAT’ın spektrumunu inceledikten sonra herhangi bir ağır element izine rastlamadık, bu da GRB 221009A gibi ekstrem olayların birincil kaynaklar olmadığını düşündürüyor. Devam ederken bu çok önemli bir bilgidir. en ağır elementlerin nerede oluştuğunu tespit etmeye çalışmak.”

Neden bu kadar parlak?

Süpernovanın ışığını, kendisinden önce gelen parlak parlaklıktan ayırmak için araştırmacılar JWST verilerini Şili’deki Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizisi’nden (ALMA) gözlemlerle eşleştirdiler.

Utah Üniversitesi’nde fizik ve astronomi yardımcı doçenti ve araştırmanın ortak yazarlarından Tanmoy Laskar, “Patlamanın keşfedilmesinden birkaç ay sonra bile, gün batımı sonrası kızıllık JWST spektrumuna çok fazla ışık katacak kadar parlaktı” dedi. çalışmak.

“İki teleskoptan gelen verileri birleştirmek, JWST gözlemlerimiz sırasında gün batımı sonrası parıltının tam olarak ne kadar parlak olduğunu ölçmemize yardımcı oldu ve süpernovanın spektrumunu dikkatli bir şekilde çıkarmamıza olanak sağladı.”

Her ne kadar astrofizikçiler “normal” bir süpernova ile rekor kıran bir GRB’nin aynı çökmüş yıldız tarafından nasıl üretildiğini henüz ortaya çıkarmamış olsalar da Laskar, bunun göreceli jetlerin şekli ve yapısı ile ilgili olabileceğini söyledi. Büyük yıldızlar hızla dönerken kara deliklere çökerler ve ışık hızına yakın hızlarda fırlatılan madde jetleri üretirler. Bu jetler darsa, daha odaklanmış ve daha parlak bir ışık huzmesi üretirler.

Laskar, “Bu, bir el fenerinin ışınını tüm duvarı kaplayan geniş bir ışın yerine dar bir sütuna odaklamak gibi bir şey” dedi. “Aslında bu, şimdiye kadar bir gama ışını patlaması için görülen en dar jetlerden biriydi, bu da bize gün batımı sonrası ışımanın neden bu kadar parlak göründüğüne dair bir ipucu veriyor. Bunun sorumlusu olan başka faktörler de olabilir; bu soru şu: Araştırmacılar önümüzdeki yıllarda çalışacaklar.”

TEKNE’nin meydana geldiği galaksiyle ilgili gelecekteki çalışmalardan da ek ipuçları gelebilir. Blanchard, “BOAT’un kendisinin spektrumuna ek olarak, ‘ev sahibi’ galaksinin de spektrumunu elde ettik” dedi. “Spektrum yoğun yıldız oluşumunun işaretlerini gösteriyor, bu da orijinal yıldızın doğum ortamının önceki olaylardan farklı olabileceğine işaret ediyor.”

Penn State’de yüksek lisans öğrencisi olan ekip üyesi Yijia Li, galaksinin spektrumunu modelledi ve BOAT’un ev sahibi galaksisinin, önceki tüm GRB ev sahibi galaksiler arasında hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlerin bolluğunun bir ölçüsü olan en düşük metalikliğe sahip olduğunu buldu. Li, “Bu, TEKNE’nin özelliklerini açıklamaya yardımcı olabilecek başka bir benzersiz yönüdür” dedi.

Bu çalışma NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu ile yapılan gözlemlere dayanmaktadır.

Blanchard, Northwestern Astrofizik Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi’nde (CIERA) doktora sonrası araştırmacı olarak görev yapıyor ve burada süper parlak süpernovalar ve GRB’ler üzerinde çalışıyor. Çalışma Astrofizik Merkezi’nden ortak yazarları içeriyor | Harvard ve Smithsonian; Utah Üniversitesi; Penn Eyaleti; Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley; Hollanda’daki Radbound Üniversitesi; Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü; Arizona Üniversitesi/Steward Gözlemevi; Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara; Kolombiya Üniversitesi; Flatiron Enstitüsü; Greifswald Üniversitesi ve Guelph Üniversitesi.