Bu sanatçının izlenimi, bir nötron yıldızı üzerindeki nükleer patlamaların, manyetik kutup bölgelerinden fırlayan jetleri nasıl beslediğini gösteriyor. Katkıda bulunanlar: Danielle Futselaar ve Nathalie Degenaar, Anton Pannekoek Enstitüsü, Amsterdam Üniversitesi
ESA’nın gama ışını uzay teleskobu Integral, ışık hızının üçte biri hızla uzaya fırlatılan madde jetlerini yakalamada belirleyici bir rol oynadı. Bir yüzeyin yüzeyinde büyük patlamalar meydana geldiğinde malzeme ve enerji açığa çıktı. nötron yıldızı. Dünyada bir ilk olan bu gözlemin, her türden astrofiziksel jetleri keşfetmek için ‘mükemmel bir deney’ olduğu kanıtlandı.
Jetler birçok farklı astronomik nesne tarafından üretilir ancak bunları incelemek zordur. Bu madde akışları uzaktır ve içlerindeki özellikleri görmek zordur. Bu, jetin nasıl fırlatıldığını ve hızlandırıldığını anlamak için uzunlukları boyunca hareket eden maddenin izini sürmeyi son derece zorlaştırıyor.
Bununla birlikte, Ulusal Astrofizik Enstitüsü, INAF, Palermo, İtalya’dan Thomas Russell’ın da aralarında bulunduğu uluslararası bir gökbilimci ekibi, belirli nötron yıldızı türlerinin yeni bir araştırma yoluna açık olabileceğini fark etti.
Kara deliklerin yanı sıra nötron yıldızları da Evrendeki en şaşırtıcı nesneler arasında yer alıyor. Bir nötron yıldızı, çok büyük bir yıldızın (Güneşimizin yaklaşık sekiz katından daha fazla kütleye sahip) yaşamının son anlarında, çekirdeğindeki nükleer yakıtın sonunda tükendiğinde oluşur. Ani ve şiddetli bir sonla, bir süpernova patlamasıyla yıldızın dış katmanları korkunç bir enerjiyle dışarı fırlar ve geride toz ve ağır metaller açısından zengin yıldızlararası maddeden oluşan muhteşem bulutlar kalır. Bulutun (bulutsu) merkezinde, yoğun yıldız çekirdeği daha da büzülerek bir nötron yıldızı oluşturur. Geriye kalan çekirdeğin kütlesi yaklaşık üç güneş kütlesinden büyük olduğunda da bir kara delik oluşabilir. Kredi bilgileri: ESA
Nötron yıldızları süper kompakt yıldız cesetleridir. Başka bir yıldızın yörüngesindeyken, nötron yıldızının yoğun çekim alanı, yoldaş yıldızından madde çekmesine neden olabilir. Bu biriken maddenin bir kısmı daha sonra bir şekilde nötron yıldızının dönme ekseni boyunca hızla uzaklaşan jetler halinde dışarı atılır ve maddenin geri kalanı spiraller halinde nötron yıldızının üzerine doğru iner. Orada yüzeyde tabaka halinde birikir. Nötron yıldızının üzerine gittikçe daha fazla malzeme yağdıkça, yerçekimi alanı onu kontrolsüz bir nükleer patlama başlatılana kadar sıkıştırır. Bu, tip I X-ışını patlaması olarak bilinen dehşet verici bir olay yaratır.
Ekip, nötron yıldızının yüzeyinden bu ani madde ve enerji salınımının jeti etkileyeceğini ve bu rahatsızlığı dışarıya doğru yayılırken ölçebileceklerini düşündü. Eğer öyleyse, bu şiddetli ve enerjik olayları incelemek için güçlü ve yeni bir yöntem sağlayacaktır. Şu anda bu şekilde davranan yaklaşık 125 nötron yıldızının varlığını biliyoruz.
Thomas, “Bu bize temelde mükemmel bir deney sağlıyor” diyor. “Jet içine fırlatılan ve jetin hızını öğrenmek için jetin aşağı doğru hareketini takip edebildiğimiz çok kısa süreli, fazladan bir malzeme darbesine sahibiz.”
Av peşinde
Bu çok önemli bir ölçüm çünkü biriken nötron yıldızları yeterince incelendikten sonra jet hızı, baskın fırlatma mekanizmasını ortaya çıkarabilir ve jetin, biriken malzemeye mi yoksa yıldızın kendisine sabitlenmiş manyetik alanlardan mı güç aldığını gösterebilir. Ekip, sırasıyla 4U 1728-34 ve 4U 1636-536 olarak adlandırılan ve X-ışını patlama davranışı gösteren iki nötron yıldızı belirledi. Ancak o dönemde yalnızca 4U 1728-34’ün radyo dalga boylarında deneyi gerekli ayrıntılarla gerçekleştirebilecek kadar parlak olduğu kanıtlandı.
Sonra pratik bir sorun çıktı. Patlamalar X-ışınlarında görülse de jet yalnızca radyo dalgaları yayıyordu. Bu nedenle ekibin, X-ışınlarını görebilen Integral uydusunun gözlemleriyle eş zamanlı olarak Dünya üzerindeki radyo teleskop gözlemlerini koordine etmesi gerekiyordu. Ancak bu patlamalardan birinin ne zaman gerçekleşeceğini tam olarak tahmin etmek mümkün değildi.
“Bu patlamalar birkaç saatte bir tekrarlanıyor ama ne zaman olacağını tam olarak tahmin edemiyorsunuz. Bu nedenle, teleskoplarla sisteme uzun süre bakmanız ve birkaç patlama yakalamanızı ummanız gerekiyor” diyor ekip üyesi Jakob van den Eijnden, Warwick Üniversitesiİngiltere.
Radyo gözlemleri üç gün boyunca yapıldı. CSIROAvustralya Teleskop Kompakt Dizisi (ATCA), 3-5 Nisan 2021 tarihleri arasında toplam yaklaşık 30 saatlik gözlem süresini kaydediyor. İntegral uzaydan gözlemlendi. Bu uzun nöbeti sürdürebilecek tek yüksek enerjili görevdi. Geniş, uzun yörüngesi, gök cismine saatlerce bakabileceği anlamına geliyordu. Gözlemlerin sonunda Integral, 4U 1728-34’ten 14 X-ışını patlaması yakalamıştı; bunlardan 10’u, kaynak ATCA tarafından görülebildiğinde meydana geldi.
Ama büyük bir sürpriz vardı. “Daha önce X-ışını verilerinde gördüklerimize dayanarak, patlamanın jetin fırlatıldığı yeri yok edeceğini düşündük. Ancak biz tam tersini gördük: jette bir aksama yerine güçlü bir girdi” diyor Hollanda’daki Amsterdam Üniversitesi’nden ekip üyesi Nathalie Degenaar.
Açıkça görülüyor ki jet mekanizması sanıldığından daha sağlamdı. Jete enjekte edilen ekstra maddeyi radyo dalga boylarında takip edebilmek, ekibin malzemenin %35-40’lık inanılmaz bir ışık hızıyla fırlatıldığını hesaplamasına olanak sağladı.
ESA proje bilimcisi ekip üyesi Erik Kuulkers, “Daha önce hiçbir zaman belirli bir miktardaki gazın bir jete kanalize edilerek uzaya nasıl hızlandığını öngörme ve doğrudan izleme olanağına sahip olmamıştık” diyor.
Jetleri İncelemek İçin Yeni Bir Yöntem
Artık bunun mümkün olduğunu kanıtlayan teknik, gökbilimcilerin daha fazla X-ışını patlaması yapan nötron yıldızını incelemesine olanak tanıyacak. Bu onların jetlerin fırlatılmasını anlamalarına ve nötron yıldızlarının dönme hızları ve yüzeylerine düşen gaz miktarı gibi belirli özelliklerine bağlamalarına yardımcı olacak. Bu tür olguları araştıranlar için acil sorular bunlardır. Bunları yanıtlamak, nötron yıldızlarının ötesindeki çalışmaları etkileyecek çünkü jetler birçok astronomik nesne tarafından yaratılıyor.
Yeni oluşan yıldızlardan galaksilerin merkezlerindeki süper kütleli kara deliklere kadar jetler, süpernova patlamaları ve gama ışını patlamaları gibi felaket olayları tarafından da üretilebilir. Kozmik patlamalarda sentezlenen egzotik elementlerin yıldızlararası uzaya taşınmasından, yeni yıldızların nasıl ve nerede oluşabileceğini değiştirecek çevredeki gaz bulutlarının ısıtılmasına kadar Evren genelinde önemli bir rol oynarlar.
Tüm astrofiziksel jetlerin benzer yollarla, yani dönen gök cisimlerindeki maddenin manyetik alanlarla etkileşimi yoluyla fırlatıldığı düşünüldüğünden, yeni sonuçlar kozmosla ilgili birçok çalışmada geniş çapta uygulanabilirliğe sahip olacak. Erik, “Bu sonuç, nötron yıldızlarında ve ayrıca jet üreten diğer astronomik nesnelerde astrofiziksel jetlerin nasıl çalıştırıldığını anlamak için tamamen yeni bir pencere açıyor” diyor.
Referans: Thomas D. Russell, Nathalie Degenaar, Jakob van den Eijnden, Thomas Maccarone, Alexandra J. Tetarenko, Celia Sánchez-Fernández, James CA Miller-Jones, Erik Kuulkers tarafından yazılan “Nötron yıldızlarındaki termonükleer patlamalar jetlerinin hızını ortaya koyuyor” ve Melania Del Santo, 27 Mart 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07133-5