Bir sanatçının VTFS 243 ikili sistemine ilişkin izlenimi. Kredi: ESOL. Calçada CC BY 4.0
Kopenhag Üniversitesi’ndeki astrofizikçiler, yıldızların gece gökyüzünde aniden kaybolduğu gizemli bir olguyu açıklamaya yardımcı oluyor. Alışılmadık bir ikili yıldız sistemi üzerine yaptıkları çalışma, büyük yıldızların bir süpernova patlaması olmadan tamamen çöküp kara deliklere dönüşebileceğine dair ikna edici kanıtlarla sonuçlandı.
Bir gün güneş sistemimizin merkezindeki yıldız Güneş, Dünya’yı yutana kadar genişlemeye başlayacak. Daha sonra giderek kararsız hale gelecek ve sonunda küçük ve yoğun bir nesneye dönüşecek. Beyaz cüce.
Bununla birlikte, Güneş kabaca sekiz kat daha büyük veya daha fazla ağırlık sınıfında olsaydı, muhtemelen büyük bir patlamayla, bir süpernova olarak sönerdi. Çöküşü bir patlamayla sonuçlanacak, enerjiyi ve kütleyi muazzam bir kuvvetle uzaya fırlatacak ve ardından geride bir şey bırakacaktı. nötron yıldızı ya da onun ardından bir kara delik.
Bu, büyük yıldızların nasıl öldüğüne dair temel bilgi olsa da, yukarıdaki yıldızlı gökyüzü ve özellikle bu yıldızların muhteşem ölümü hakkında anlaşılması gereken çok şey var.
VFTS 243 ikili yıldız sistemi, Samanyolu’nun çevresindeki cüce gökada “Büyük Macellan Bulutu”nda yer almaktadır. Macellan Bulutları Samanyolu’nun uydu galaksileridir. Galaktik merkezin yörüngesinde dönen bu cüce galaksiler yalnızca Güney Yarımküre’den görülebilmektedir. Burada ESO’nun Şili’nin Paranal kentinde bulunan Çok Büyük Teleskobu’nun (VLT) Yardımcı Teleskopları üzerinde görülüyorlar. Kredi bilgileri: JC Munoz/ESO
Kopenhag Üniversitesi Niels Bohr Enstitüsü’ndeki astrofizikçiler tarafından yapılan yeni araştırma, çok büyük yıldızların süpernovalardan çok daha fazla gizlilik ve gizlilikle yenik düşebileceğinin bugüne kadarki en güçlü kanıtlarını sunuyor. Aslına bakılırsa araştırmaları, yeterli kütleye sahip bir yıldızın çekim kuvvetinin, yıldız öldüğünde herhangi bir patlama meydana gelmeyecek kadar güçlü olabileceğini gösteriyor. Bunun yerine yıldız, tam bir çöküş olarak bilinen durumdan geçebilir.
“Bir yıldızın çekirdeğinin, yaşamlarının son evresindeki büyük kütleli yıldızlarda olduğu gibi, kendi ağırlığı altında çökebileceğine inanıyoruz. Ancak, Güneş’in sekiz katından daha büyük yıldızlar için beklenen, kendi galaksisini gölgede bırakacak parlak bir süpernova patlamasıyla sonuçlanan büzülme yerine, çöküş, yıldız bir yıldız haline gelinceye kadar devam ediyor. Kara delik” diye açıklıyor bu çalışma başlatıldığında Niels Bohr Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Alejandro Vigna-Gómez.
Gerçekler ve Mitler: Kaybolan Yıldızlar
Modern zamanlarda birçok gözlem yapılmıştır. açıklanamaz bir şekilde kaybolan yıldızlar.
“Hiçbir Şeye Dair Bir Araştırma” Astrofizikçi Chris Kochanek liderliğindeki araştırma, aktif olarak kaybolan yıldızları ve onların kaybolmalarına ilişkin açıklamaları arayan araştırma çabalarının bir örneğidir.
Meraklı okuyucu aynı zamanda tarihsel açıklamalara da girebilir. Bunlar genellikle süpernova senaryolarına uygun olarak birdenbire parlayan yıldızların ortadan kaybolmasıyla ilgilidir. Ancak aniden kaybolan yıldızlarla ilgili başka hikayeler de var; örneğin, genellikle Yedi Kız Kardeş olarak bilinen Ülker yıldız kümesiyle ilişkilendirilen Yunan efsanesi gibi. Ülker efsanesi, titan Atlas ve perisi Pleione’nin yedi kızını anlatır. Efsaneye göre kızlarından biri bir insanla evlendi ve saklandı, bu da neden sadece gördüğümüze dair çok bilim dışı ama güzel bir açıklama sağlıyor. Ülker takımyıldızında altı yıldız.
Bu keşif, son yıllarda gökbilimcilerin ilgisini çeken yıldızların kaybolması olgusuyla bağlantılıdır ve bu tür olgular için hem net bir örnek hem de makul bir bilimsel açıklama sağlayabilir.
“Birisi tamamen çökmekte olan gözle görülür bir yıldıza bakarken, bu, tam doğru zamanda, bir yıldızın aniden sönüp göklerden kaybolmasını izlemek gibi olabilir. Çöküş o kadar tamamlandı ki hiçbir patlama olmuyor, hiçbir şey kaçmıyor ve gece gökyüzünde parlak bir süpernova görülemiyor. Gökbilimciler son zamanlarda parlak parlayan yıldızların aniden kayboluşunu gözlemlediler. Bir bağlantı olduğundan emin olamıyoruz ancak VFTS 243’ü analiz ederek elde ettiğimiz sonuçlar bizi güvenilir bir açıklamaya çok daha yaklaştırdı” diyor Alejandro Vigna-Gómez.
VTFS 243’ün bulunduğu Tarantula Bulutsusu’nun Webb Uzay Teleskobu görünümü. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA ve STScI
Hiçbir Patlama İşareti Olmayan Sıradışı Bir Yıldız Sistemi
Bu keşif, galaksimizin kenarında VFTS 243 adı verilen sıra dışı bir ikili yıldız sisteminin yakın zamanda gözlemlenmesiyle ortaya çıktı. Burada büyük bir yıldız ve Güneş’ten yaklaşık 10 kat daha büyük kütleli bir kara delik birbirlerinin yörüngesinde bulunuyor.
Bilim insanları bu tür ikili yıldız sistemlerinin varlığını biliyorlardı. Samanyolu onlarca yıldır yıldızlardan birinin kara deliğe dönüştüğü yer. Ancak Samanyolu’nun hemen ötesinde Büyük Macellan Bulutu’nda VFTS 243’ün yakın zamanda keşfedilmesi gerçekten özel bir şey.
Gerçekler: Kara Delikler
Işık bile kara deliklerden kaçamaz. Bu nedenle doğrudan gözlemlenemezler. Ancak bazı kara delikler, etraflarında dönen gazlardan yayılan büyük miktarda enerji nedeniyle tespit edilebiliyor. Diğerleri, VFTS 243 örneğinde olduğu gibi, yörüngede bulundukları yıldızlar üzerindeki etkileriyle gözlemlenebilir.
Genel olarak gökbilimciler üç tür kara delik olduğuna inanıyor:
VFTS 243 sistemindekiler gibi yıldız kara delikleri, Güneş’in sekiz katından daha büyük kütleye sahip yıldızların çökmesiyle oluşur. Bilim insanları yalnızca galaksimizde bunlardan 100 milyona kadar bulunabileceğine inanıyor.
Güneş’in kütlesinin 100.000 ila 10 milyar katı kadar olan süper kütleli kara deliklerin neredeyse tüm galaksilerin merkezinde olduğu düşünülüyor. Yay A* galaksimiz Samanyolu’nun merkezindeki süper kütleli kara deliktir.
Güneşimizin kütlesinin 100-100.000 katı olan orta kütleli kara delikler (IMBH) uzun süredir kayıp bir halkaydı. Son yıllarda çok sayıda güvenilir aday ortaya çıktı.
Henüz keşfedilmemiş diğer kara delik türlerini tanımlayan teoriler de vardır. Bunlardan İlkel kara delikler olarak adlandırılan birinin erken evrende oluştuğu varsayılıyor ve teorik olarak mikroskobik olabilir.
“Normalde yıldız sistemlerindeki süpernova olayları, meydana geldikten sonra çeşitli yollarla ölçülebilir. Ancak VFTS 243’ün kara deliğe çöken bir yıldız içermesine rağmen hiçbir yerde patlamanın izleri bulunamadı. VFTS 243 sıra dışı bir sistemdir. Alejandro Vigna-Gómez, yıldızın kara deliğe dönüşmesinden bu yana sistemin yörüngesinin neredeyse hiç değişmediğini söylüyor.
Araştırmacılar, geçmişte bir süpernova patlaması geçirmiş bir yıldız sisteminden beklenebilecek bir dizi işaret için gözlemsel verileri analiz ettiler. Genellikle böyle bir olayın küçük ve inandırıcı olmayan kanıtlarını buldular.
Sistem, yörüngedeki nesnelerin hızlanması anlamına gelen önemli bir “doğum vuruşu” belirtisi göstermiyor. Aynı zamanda oldukça simetriktir, yörüngesi neredeyse mükemmel bir şekilde daireseldir ve eski yıldızın çekirdeğinin çökmesi sırasında açığa çıkan enerjiden geriye kalan işaretler, tam çöküşle tutarlı bir enerji türüne işaret etmektedir.
Çalışmaya katılan Niels Bohr Enstitüsü’nden Profesör Irene Tamborra, “Analizimiz, VFTS 243’teki kara deliğin büyük olasılıkla anında oluştuğunu ve enerjinin esas olarak nötrinolar yoluyla kaybolduğunu gösteriyor” diyor.
Gelecekteki Çalışmalar İçin Bir Karşılaştırma Sistemi
Profesör Tamborra’ya göre VFTS 243 sistemi, çeşitli astrofizik teorilerini ve model hesaplamalarını gerçek gözlemlerle nihayet karşılaştırma olanağını açıyor. Yıldız sisteminin yıldız evrimi ve çöküşünü incelemek için önemli olacağını umuyor.
“Sonuçlarımız, VFTS 243’ün, süpernova patlamasının başarısız olduğu ve modellerimizin mümkün olduğunu gösterdiği, tamamen çökme yoluyla oluşan yıldız kara delikleri teorisi için şu ana kadar gözlemlenebilir en iyi durum olduğunu vurguluyor. Bu modeller için önemli bir gerçeklik kontrolüdür. Ve kesinlikle sistemin, yıldızların evrimi ve çöküşüyle ilgili gelecekteki araştırmalar için önemli bir referans noktası olarak hizmet etmesini bekliyoruz” diyor profesör.
Ekstra Bilgi: Bir Süpernovanın Eksik “Doğum Tekmesi” ve Diğer (Eksik) Belirtileri
“Doğum Tekmesi” Orada Değil mi
Bir süpernovanın şiddetli kuvvetleri, patlama sırasında maddenin asimetrik emisyonu nedeniyle yeni doğmuş nötron yıldızlarını veya onun bıraktığı kara delikleri doğrudan etkiler. Araştırmacıların “doğum tekmesi” olarak adlandırdığı şey budur. Bu tekme, kompakt nesnenin hızlanmasına neden olur. Doğum vuruşu normalde nötron yıldızlarına saniyede 100-1000 km ölçülebilir bir hız verecektir. Hızın kara delikler için daha az olması bekleniyor ancak yine de önemli.
VFTS 243 sistemindeki kara delik yalnızca kabaca 4 km/s hıza ulaşmış gibi göründüğünden, bir süpernova geçirmiş olsaydı bekleneceği gibi önemli bir doğum vuruşu aldığına dair hiçbir işaret göstermiyor.
Benzer şekilde, bir yıldız sisteminin yörüngesinin simetrisi, genellikle meydana gelen madde püskürmesi nedeniyle şiddetli bir süpernova patlamasının etkisini hissettiğine dair işaretler gösterir. Bunun yerine araştırmacılar simetriyi buldu.
“VFTS’nin yörüngesi neredeyse dairesel ve analizimiz, çöküş sırasında büyük asimetrilere dair hiçbir işaret olmadığını gösteriyor. Bu da bir kez daha patlamanın olmadığını gösteriyor” diyor Alejandro Vigna Gomez.
Bir Enerji Patlaması
İkili yıldız sisteminin yörüngesini analiz eden ekip, kara deliğin oluşumu sırasında açığa çıkan kütle ve enerji miktarını da hesaplamayı başardı.
Tahminleri, yıldızın çöküşü sırasında verilen daha küçük darbenin, nötronlar ve protonları içeren baryonik maddeden değil, nötrinolar olarak adlandırılanlardan kaynaklandığı bir senaryo ile tutarlıdır. Nötrinoların kütlesi çok azdır ve çok zayıf etkileşime girerler. Bu da sistemin patlama yaşamadığının bir başka göstergesi.
Referans: Alejandro Vigna-Gómez, Reinhold Willcox, Irene Tamborra, Ilya Mandel, Mathieu Renzo, Tom Wagg, Hans-Thomas Janka, Daniel Kresse, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar tarafından “Kara Delik İkili VFTS 243’ten Nötrino Doğum Tekmelerine İlişkin Kısıtlamalar” ve Thomas M. Tauris, 9 Mayıs 2024, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.191403
Aşağıdaki araştırmacılar araştırmaya katkıda bulunmuştur:
Alejandro Vigna-Gómez, Irene Tamborra, Hans-Thomas Janka, Daniel Kresse, Reinhold Willcox, Ilya Mandel, Mathieu Renzo, Tom Wagg, Julia Bodensteiner, Tomer Shenar, Thomas M. Tauris
Araştırmacılar çeşitli araştırma kurumlarına bağlıdır:
- Niels Bohr Enstitüsü, Kopenhag Üniversitesi – Uluslararası Akademi ve DARK
- Max-Planck-Institut für Astrofizik, Garching, Almanya
- Astronomi Enstitüsü, KU Leuven, Leuven, Belçika
- Fizik ve Astronomi Okulu, Monash Üniversitesi, Clayton, Avustralya
- ARC Yerçekimi Dalgası Keşfi Mükemmeliyet Merkezi – OzGrav, Avustralya
- Hesaplamalı Astrofizik Merkezi, Flatiron Enstitüsü, New York, ABD
- Steward Gözlemevi, Arizona Üniversitesi, Tucson, ABD
- Astronomi Bölümü, Washington ÜniversitesiSeattle, ABD
- Münih Teknik Üniversitesi, TUM Doğa Bilimleri Okulu, Fizik Bölümü, Garching, Almanya
- Avrupa Güney Gözlemevi, Garching, Almanya
- Fizik ve Astronomi Okulu, Tel Aviv Üniversitesi, Tel Aviv, İsrail
- Aalborg Üniversitesi, Aalborg, Danimarka