Büyük kütleli dönen yıldızların ölümüyle oluşan uzay-zaman dalgalanmaları, bu tür projelerin tespit sınırları içinde olabilir. LİGO’nun ve Başak.
Büyük kütleli yıldızların çöken kalıntıları olan çöküntüler, tespit edilebilir yerçekimi dalgalarıyeni simülasyonlara göre. Kara deliklere doğru sarmal hareket eden maddeler tarafından oluşturulan bu dalgalar, yıldızların ve kara deliklerin iç işleyişine dair fikirler sunabilir, ancak bunları tanımlamak hala bir zorluktur.
Yıldız Ölümlerinden Kaynaklanan Yerçekimi Dalgaları
Büyük, hızla dönen bir yıldızın ölümü evreni sarsabilir. Ve ortaya çıkan dalgalanmalar — yerçekimi dalgaları olarak bilinir — Dünya’daki aletler tarafından hissedilebilir, 22 Ağustos’ta yayınlanan yeni bir araştırmaya göre The Astrofizik Dergisi MektuplarıAraştırmanın arkasındaki bilim insanları, bu yeni kütle çekim dalgası kaynaklarının keşfedilmeyi beklediğini öngörüyor.
Kütle çekim dalgaları, güneşin kütlesinin 15 ila 20 katı olan hızla dönen yıldızların şiddetli ölümlerinden sonra ortaya çıkar. Yakıtları tükendiğinde, bu yıldızlar çöker ve ardından çökertici olarak bilinen bir olayda patlar. Bu, geride bir kara delik hızla kara deliğin ağzına dönen büyük bir artık madde diski ile çevrilidir. Maddenin sarmal hareketi —sadece birkaç dakika sürer— o kadar büyüktür ki etrafındaki uzayı çarpıtır ve evren boyunca seyahat eden kütle çekim dalgaları yaratır.
Yeni doğmuş bir kara deliğin etrafındaki maddenin bir çökme olayı sonrasındaki dağılımını gösteren bir simülasyon. Daha sıcak renkler daha yüksek madde yoğunluklarını ifade eder. Kaynak: Ore Gottlieb
Yerçekimi Dalgası Algılamasının Simülasyonu
Bilim insanları, son teknoloji simülasyonları kullanarak, bu kütle çekim dalgalarının 2015 yılında birleşen kara deliklerden gelen kütle çekim dalgalarının ilk doğrudan gözlemlerini yapan Lazer İnterferometre Kütle Çekim Dalgası Gözlemevi (LIGO) gibi cihazlarla tespit edilebileceğini belirlediler. Eğer tespit edilirlerse, çöken yıldızlardan kaynaklanan dalgalar bilim insanlarının çöken yıldızların ve kara deliklerin gizemli iç işleyişlerini anlamalarına yardımcı olacak.
“Şu anda tespit ettiğimiz tek kütle çekim dalgası kaynakları, iki kompakt nesnenin birleşmesinden geliyor – nötron yıldızları veya kara delikler,” diyor New York City’deki Flatiron Enstitüsü’nün Hesaplamalı Astrofizik Merkezi’nde (CCA) araştırma görevlisi olan çalışmanın lideri Ore Gottlieb. “Alandaki en ilginç sorulardan biri şu: Mevcut olanaklarla tespit edebileceğimiz kütle çekim dalgaları üretebilecek olası birleşme dışı kaynaklar nelerdir? Umut vadeden bir cevap şu anda çöken yıldızlar.”
Çöküşlerden Tespit Edilebilir Yerçekimi Dalgaları
Gottlieb, CCA ziyaretçi akademisyeni ve Columbia profesörü Yuri Levin ve Tel Aviv Üniversitesi profesörü Amir Levinson ile birlikte, büyük bir dönen yıldızın çöküşünden sonra bulunan koşulları (manyetik alanlar ve soğuma oranları dahil) simüle etti. Simülasyonlar, çöken yıldızların yaklaşık 50 milyon ışık yılı uzaklıktan görülebilecek kadar güçlü kütle çekim dalgaları üretebileceğini gösterdi. Bu mesafe, kara deliklerin veya nötron yıldızlarının birleşmelerinden kaynaklanan daha güçlü kütle çekim dalgalarının tespit edilebilir aralığının onda birinden daha azdır, ancak yine de simüle edilen herhangi bir birleşme dışı olaydan daha güçlüdür.
Yerçekimi Dalga Desenlerinde Beklenmeyen Bulgular
Gottlieb, yeni bulguların sürpriz olduğunu söylüyor. Bilim insanları kaotik çöküşün evrenin arka plan gürültüsü arasında ayırt edilmesi zor bir dalga karmaşası yaratacağını düşünmüşlerdi. Isınan bir orkestrayı düşünün. Her müzisyen kendi notalarını çaldığında, tek bir flüt veya tubadan gelen melodiyi ayırt etmek zor olabilir. Öte yandan, iki nesnenin birleşmesinden kaynaklanan kütle çekim dalgaları, birlikte çalan bir orkestra gibi net, güçlü sinyaller yaratır. Bunun nedeni, iki kompakt nesne birleşmek üzereyken, her dönüşte kütle çekim dalgaları yaratan sıkı bir yörüngede dans etmeleridir. Neredeyse aynı dalgaların bu ritmi, sinyali algılanabilecek bir seviyeye yükseltir. Yeni simülasyonlar, çöken cisimlerin etrafındaki dönen disklerin, birleşmelerdeki yörüngedeki kompakt nesnelere çok benzer şekilde, birlikte yükselen kütle çekim dalgaları da yayabileceğini gösterdi.
Çöküşle Tetiklenen Dalgaların Gücü
Gottlieb, “Sinyalin çok daha karmaşık olacağını düşünmüştüm çünkü disk, farklı yörüngelerde dönen malzemelerle sürekli bir gaz dağılımından oluşuyor,” diyor. “Bu disklerden gelen kütleçekim dalgalarının tutarlı bir şekilde yayıldığını ve ayrıca oldukça güçlü olduklarını bulduk.”
Çökme disklerinden gelen öngörülen sinyalin LIGO tarafından tespit edilebilecek kadar güçlü olmasının yanı sıra, Gottlieb’in hesaplamaları birkaç olayın halihazırda mevcut veri kümelerinde olabileceğini de öne sürüyor. Cosmic Explorer ve Einstein Telescope gibi önerilen kütleçekim dalgası dedektörleri yılda düzinelercesini tespit edebilir.
Çöküş Olaylarını Algılama Stratejileri
Yerçekimi dalgası topluluğu bu olayları aramakla zaten ilgileniyor, ancak bu kolay bir iş değil. Yeni çalışma, mütevazı sayıda olası çöken olay için yerçekimi dalgası imzalarını hesapladı. Ancak yıldızlar, hesaplanan yerçekimi dalgası sinyallerinde farklılıklar yaratacak olan geniş bir kütle ve dönüş profili aralığına yayılıyor.
“Prensip olarak, genel bir şablon oluşturabilmek için ideal olarak 1 milyon çöküş simülasyonu yapardık, ancak ne yazık ki bunlar çok pahalı simülasyonlar,” diyor Gottlieb. “Bu yüzden şimdilik başka stratejiler seçmeliyiz.”
Bilim insanları, Gottlieb’in simüle ettiği olaya benzer olaylar olup olmadığını görmek için tarihsel verilere bakabilirler. Ancak, her biri potansiyel olarak benzersiz bir sinyale sahip olan yıldızların çeşitliliği göz önüne alındığında, simüle edilen sinyallerden biriyle eşleşme bulmak muhtemelen olası değildir. Başka bir strateji, yıldızın çöküşü sırasında yayılan süpernovalar veya gama ışını patlamaları gibi yakınlardaki çöken olaylardan gelen diğer sinyalleri kullanmak ve ardından veri arşivlerini tarayarak gökyüzünün o bölgesinde aynı zamanda herhangi bir kütleçekim dalgasının tespit edilip edilmediğini görmektir.
Kara Delikleri Anlamak İçin Sonuçlar
Çöküş sırasında oluşan kütle çekim dalgalarının tespiti, bilim insanlarının çöküş sırasında yıldızın iç yapısını daha iyi anlamalarına yardımcı olacak ve ayrıca kara deliklerin özellikleri hakkında bilgi edinmelerini sağlayacaktır; bu iki konu da hala yeterince anlaşılmamıştır.
“Bunlar başka türlü tespit edemeyeceğimiz şeyler,” diyor Gottlieb. “Kara deliğin etrafındaki bu iç yıldız bölgelerini incelememizin tek yolu kütle çekim dalgaları aracılığıyla.”
Referans: “LIGO’nun Görüş Alanında mı? Soğutulmuş Çökme Disklerinden Gelen Güçlü Tutarlı Kütleçekim Dalgaları” Ore Gottlieb, Amir Levinson ve Yuri Levin tarafından, 22 Ağustos 2024, Astrofizik Dergisi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad697c