Sanatçının GRB 221009A görselleştirmesi, GRB’ye yol açan merkezi bir kara delikten çıkan dar göreli jetleri ve süpernova patlamasıyla fırlatılan orijinal yıldızın genişleyen kalıntılarını gösteriyor. Northwestern Üniversitesi doktora sonrası araştırmacısı Peter Blanchard ve ekibi, James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak süpernovayı ilk kez tespit ederek GRB 221009A’nın devasa bir yıldızın çöküşünün sonucu olduğunu doğruladı. Çalışmanın ortak yazarları ayrıca olayın, arka plandaki nebula tarafından tasvir edildiği gibi, ev sahibi galaksinin yoğun yıldız oluşum bölgesinde meydana geldiğini buldu. Katkıda bulunanlar: Aaron M. Geller / Northwestern / CIERA / BT Araştırma Bilgi İşlem ve Veri Hizmetleri
James Webb Uzay Teleskobu gözlemleri ağır elementlere dair hiçbir iz göstermiyor.
Ekim 2022’de, aralarında uluslararası bir araştırmacı ekibinin de bulunduğu kuzeybatı Üniversitesi Astrofizikçiler, şimdiye kadar kaydedilen en parlak gama ışını patlamasını (GRB) GRB 221009A’yı gözlemlediler.
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 12 Nisan’da 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 gelmez, ancak bu ağır elementlerin nereden geldiğini anlamaya devam ettiğimiz için önemli bir bilgidir. JWST ile gelecekte yapılacak gözlemler, BOAT’ın ‘normal’ kuzenlerinin bu unsurları üretip üretmediğini belirleyecek.”
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.
Harvard Üniversitesi ve Astrofizik Merkezi’nden ikinci yazar Ashley Villar, “Bu olay özellikle heyecan verici çünkü bazıları BOAT gibi parlak bir gama ışını patlamasının altın ve platin gibi birçok ağır element oluşturabileceğini öne sürdü” dedi. Harvard ve Smithsonian. “Eğer doğruysa, TEKNE bir altın madeni olmalıydı. Bu ağır elementlere dair herhangi bir kanıt görememiş olmamız gerçekten çok dikkat çekici.”
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 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 kat farkla şimdiye kadar tanık olduğumuz en parlak GRB olduğuna şüphe yok” dedi. 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 gibi nadir görülen bir astronomik olguyu gözlemlemek ve bu olağanüstü olayın ardındaki fiziği anlamaya çalışmak çok heyecan verici.”
‘Normal’ Bir Süpernova
Blanchard, Villar ve ekibi olayı hemen gözlemlemek yerine GRB’yi sonraki aşamalarında görüntülemek istediler. GRB’nin ilk tespitinden yaklaşık altı ay sonra Blanchard ve Villar, 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, bir arabanın farlarının doğrudan size gelmesine benziyordu ve arabayı görmenizi engelliyordu. Bu yüzden bize süpernovayı görme şansını vermek için önemli ölçüde sönmesini beklemek zorunda kaldık.”
Villar, “JWST’nin yeni fırlatıldığı ve bu gözlemleri gerçekleştirebildiği için şanslıydık” dedi. “ Samanyolu TEKNE’nin önünde duruyordu ve tozu normalde göreceğimiz tüm mavi ışığı engelliyordu. JWST bu tozun içinden bakabiliyor ve bize kızılötesinde gerçekten inanılmaz bir görünüm sunabiliyor.”
Ekip, tipik olarak bir süpernovada bulunan kalsiyum ve oksijen gibi elementlerin karakteristik imzasını keşfetmek için JWST’nin Yakın Kızılötesi Spektrografını kullandı. 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 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’ye sahibiz ama normal bir süpernovaya sahibiz.”
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, yalnızca iki nötron yıldızının birleşmesindeki bu süreç yoluyla ağır elementlerin üretimini doğruladılar; bu çarpışma, Lazer Girişimölçer Yerçekimi Dalgası Gözlemevi tarafından tespit edildi (LİGO) 2017’de. Ancak bilim insanları, bu bulunması zor malzemeleri üretmenin başka yolları 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 zaman alıyor. İkili sistemdeki iki yıldızın, nötron yıldızlarını geride bırakabilmesi için önce patlaması gerekir. Daha sonra, iki nötron yıldızının yavaş yavaş yakınlaşması ve sonunda birleşmesi milyarlarca, milyarlarca yıl alabilir. Ancak çok yaşlı yıldızlara ilişkin gözlemler, çoğu ikili nötron yıldızının birleşmeye zaman bulamadan evrenin bazı bölümlerinin ağır metallerle zenginleştiğini gösteriyor. Bu bizi alternatif bir kanala işaret ediyor.”
“Evrende meydana gelen bu patlamaları tespit edecek teknolojiye sahip olduğumuz bir zamanda yaşadığımız için şanslıyız.”
— Peter Blanchard, CIERA Doktora Sonrası Araştırmacısı
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. O zaman 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 verir” diye açıkladı. “Dolayısıyla bir nesnenin spektrumuna bakmak bize hangi unsurların mevcut olduğunu söyleyebilir. BOAT’ın spektrumunu incelediğimizde herhangi bir ağır element izine rastlamadık, bu da GRB 221009A gibi ekstrem olayların birincil kaynaklar olmadığını düşündürüyor. En ağır elementlerin nerede oluştuğunu belirlemeye çalışırken bu çok önemli bir bilgi.”
Neden Bu Kadar Parlak?
Süpernovanın ışığını, kendisinden önce gelen parlak parlaklıktan ayırmak için araştırmacılar JWST verilerini Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizisinden elde edilen gözlemlerle eşleştirdiler (ALMA) Şili’de.
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 yıldızla ilgili olabileceğini söyledi. göreceli jetlerin şekli ve yapısı. 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 patlamasında görülen en dar jetlerden biriydi, bu da bize gün batımı sonrası ışımanın neden bu kadar parlak göründüğüne dair bir ipucu veriyor. Sorumlu başka faktörler de olabilir; bu, araştırmacıların gelecek yıllarda üzerinde çalışacağı bir sorudur.”
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 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. “TEKNE’de açığa çıkan enerji tamamen alışılmışın dışındaydı; bu, insanların şimdiye kadar gördüğü en enerjik olaylardan biriydi. Aynı zamanda ilkel gazlara yakın bir gazdan doğmuş gibi görünmesi, onun üstün özelliklerini anlamak için önemli bir ipucu olabilir.”
Referans: Peter K. Blanchard, V. Ashley Villar, Ryan Chornock, Tanmoy Laskar, Yijia Li, Joel Leja, Justin Pierel, Edo Berger, Raffaella Margutti tarafından “R-süreci imzası olmadan GRB 221009A ile ilişkili bir süpernovanın JWST tespiti” , Kate D. Alexander, Jennifer Barnes, Yvette Cendes, Tarraneh Eftekhari, Daniel Kasen, Natalie LeBaron, Brian D. Metzger, James Muzerolle Page, Armin Rest, Huei Sears, Daniel M. Siegel ve S. Karthik Yadavalli, 12 Nisan 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02237-4
“R-süreci imzası olmayan GRB 221009A ile ilişkili bir süpernovanın JWST tespiti” başlıklı çalışma, tarafından desteklendi NASA (ödül numarası JWST-GO-2784) ve Ulusal Bilim Vakfı (ödül numaraları AST-2108676 ve AST-2002577). Bu çalışma NASA/ESA/CSA ile yapılan gözlemlere dayanmaktadır. James Webb Uzay Teleskobu.