Hollanda’daki Radboud Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir astrofizik ekibi, yıldızları yok eden ve bir gama ışını patlaması (GRB) oluşturan yeni bir mekanizma keşfetti. (Bir gama ışını patlamasının sanatsal çizimi.) Kaynak: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/M. Sarımsak/M. zamani
Astrofizikçiler, eski galaksilerdeki süper kütleli karadeliklerin yakınındaki yoğun ortamlardaki yıldız çarpışmalarından kaynaklanan, yıldız yıkımı ve gama ışını patlaması üretimi için yeni bir mekanizma keşfettiler. yayınlanan bu bulgu, Doğa Astronomisiyıldız ölümleri hakkındaki anlayışımızı geliştirir ve daha önce bilinmeyen kaynaklara işaret edebilir.[{” attribute=””>gravitational waves.
While searching for the origins of a powerful gamma-ray burst (GRB), an international team of astrophysicists may have stumbled upon a new way to destroy a star.
Although most GRBs originate from exploding massive stars or neutron-star mergers, the researchers concluded that GRB 191019A instead came from the collision of stars or stellar remnants in the jam-packed environment surrounding a supermassive black hole at the core of an ancient galaxy. The demolition derby-like environment points to a long-hypothesized — but never-before-seen — way to demolish a star and generate a GRB.
The study was published on June 22 in the journal Nature Astronomy. Led by Radboud University in the Netherlands, the research team included astronomers from Northwestern University.
“For every hundred events that fit into the traditional classification scheme of gamma-ray bursts, there is at least one oddball that throws us for a loop,” said Northwestern astrophysicist and study co-author Wen-fai Fong, “However, it is these oddballs that tell us the most about the spectacular diversity of explosions that the universe is capable of.”
“The discovery of these extraordinary phenomena within dense stellar systems, especially those encircling supermassive black holes at the cores of galaxies, is undeniably exciting,” said Northwestern astrophysicist and study co-author Giacomo Fragione. “This remarkable discovery grants us a tantalizing glimpse into the intricate dynamics at work within these cosmic environments, establishing them as factories of events that would otherwise be deemed impossible.”
Bu sanatçının izlenimi, gökbilimcilerin NSF’ler tarafından çalıştırılan Gemini Güney teleskopuyla güçlü bir gama ışını patlamasını (GRB) nasıl incelediklerini gösteriyor. NOIRLab, bir yıldızı yok etmenin daha önce hiç görülmemiş bir yolunu bulmuş olabilir. Gökbilimciler, patlayan büyük kütleli yıldızların veya nötron yıldızlarının şans eseri birleşmelerinin neden olduğu çoğu GRB’nin aksine, bu GRB’nin süper kütleli bir kütleyi çevreleyen tıkalı ortamdaki yıldızların veya yıldız kalıntılarının çarpışmasından kaynaklandığı sonucuna vardılar. Kara delik eski bir galaksinin merkezinde.
Fong, Northwestern’deki Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nde fizik ve astronomi yardımcı doçenti ve Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi’nin (CIERA) bir üyesidir. Fragione, CIERA’da araştırma görevlisidir. Diğer Kuzeybatı ortak yazarları arasında her ikisi de Ph.D. olan Anya Nugent ve Jillian Rastinejad bulunmaktadır. astronomi öğrencileri ve Fong’un araştırma grubunun üyeleri.
Çoğu yıldız, kütlelerine göre tahmin edilebilir üç yoldan biriyle ölür. Güneşimiz gibi nispeten düşük kütleli yıldızlar yaşlandıklarında dış katmanlarını dökerler ve sonunda solarak yıldızlara dönüşürler. Beyaz cüce yıldızlar. Öte yandan, daha büyük kütleli yıldızlar daha parlak yanar ve yıkıcı süpernova patlamalarında daha hızlı patlayarak nötron yıldızları ve kara delikler gibi ultra yoğun nesneler oluşturur. Üçüncü senaryo, bu tür iki yıldız kalıntısının bir ikili sistem oluşturduğu ve sonunda çarpıştığı zaman gerçekleşir.
Ancak yeni çalışma, dördüncü bir seçeneğin olabileceğini ortaya koyuyor.
Radboud Üniversitesi’nden bir astronom olan baş yazar Andrew Levan, “Sonuçlarımız, yıldızların evrenin en yoğun bölgelerinden bazılarında çarpışmaya sürüklenebilecekleri yerlerde ölümlerini karşılayabileceklerini gösteriyor” dedi. “Bu, yıldızların nasıl öldüğünü anlamak ve Dünya’da tespit edebileceğimiz hangi beklenmedik kaynakların yerçekimi dalgaları yaratabileceği gibi diğer soruları yanıtlamak için heyecan verici.”
Yıldız oluşturan asal dönemlerini çoktan geride bırakmış olan antik galaksilerin, varsa bile çok az büyük kütleli yıldızı kalmıştır. Bununla birlikte, çekirdekleri yıldızlarla ve beyaz cüceler, nötron yıldızları ve kara delikler gibi ultra yoğun yıldız kalıntılarıyla doludur. Gökbilimciler, süper kütleli bir kara deliği çevreleyen çalkantılı aktivite kovanında, iki yıldız nesnesinin bir GRB oluşturmak üzere çarpışmasının an meselesi olacağından uzun süredir şüpheleniyorlar. Ancak bu tür bir birleşme için kanıt bulmak zor.
19 Ekim 2019’da, NASA’nın Neil Gehrels Swift Gözlemevi bir dakikadan biraz fazla süren parlak bir gama ışını parlaması tespit ettiğinde gökbilimciler böyle bir olayın ilk ipuçlarını gördüler. İki saniyeden uzun süren herhangi bir GRB, “uzun” olarak kabul edilir. Bu tür patlamalar tipik olarak güneşimizin kütlesinin en az 10 katı olan yıldızların çökmesinden kaynaklanır.
Araştırmacılar daha sonra, GRB’nin solma sonrası parlamasının uzun vadeli gözlemlerini yapmak için Ulusal Bilim Vakfı’nın NOIRLab’ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’nin bir parçası olan Şili’deki Gemini Güney teleskopunu kullandılar.
Bu gözlemler, astronomların GRB’nin konumunu eski bir galaksinin çekirdeğinden 100 ışıkyılı daha kısa bir mesafede – galaksinin süper kütleli kara deliğinin çok yakınında – tam olarak belirlemesini sağladı. Merakla, araştırmacılar aynı zamanda Gemini South tarafından yakalanan ışıkta izini bırakacak karşılık gelen bir süpernovaya dair hiçbir kanıt bulamadılar.
Veriler arasında bir süpernovanın saklanmadığından emin olmak için hesaplamalar yapan Rastinejad, “Uzun GRB 191019A’ya eşlik eden bir süpernovanın olmaması, bize bu patlamanın tipik bir büyük yıldız çöküşü olmadığını söylüyor,” dedi. “Ev sahibi galaksinin çekirdeğine gömülü GRB 191019A’nın konumu, yerçekimi dalgası yayan kaynakların nasıl oluşabileceğine dair tahmin edilen ancak henüz kanıtlanmamış bir teoriyle dalga geçiyor.”
Tipik galaktik ortamlarda, nötron yıldızları ve kara delikler gibi çarpışan yıldız kalıntılarından uzun GRB’lerin üretilmesi inanılmaz derecede nadirdir. Bununla birlikte, eski galaksilerin çekirdekleri tipik olmaktan uzak her şeydir ve sadece birkaç ışık yılı çapındaki bir bölgeye sıkışmış bir milyon veya daha fazla yıldız olabilir. Bu tür aşırı nüfus yoğunluğu, özellikle süper kütleli bir kara deliğin titanik yerçekimi etkisi altında, yıldızların hareketlerini bozacak ve onları rastgele yönlere salacak şekilde ara sıra yıldız çarpışmalarının meydana gelmesine yetecek kadar büyük olabilir. Sonunda, bu asi yıldızlar kesişip birleşerek, geniş kozmik mesafelerden gözlemlenebilecek devasa bir patlamayı tetikleyecekti.
“Bu olayın eski, sakin galaksisinin çekirdeğinde keşfedilmesi, daha önce nadiren gözlemlenen ikili sistemlerin oluşumu için umut verici yeni yolların kapısını açıyor.”
— Anya Nugent, Ph.D. astronomi öğrencisi
Ev sahibi galaksinin önemli modellemesini gerçekleştiren Nugent, “Bu olay, kısa ve uzun GRB’lerin ortamları için sahip olduğumuz hemen hemen her beklentiyi karıştırıyor” dedi. “Uzun GRB’ler hiçbir zaman GRB 191019A’nın ev sahibi kadar eski ve ölü galaksilerde bulunmazken, birleşme kökenlerine sahip kısa GRB’lerin ev sahiplerinin çekirdeklerine bu kadar bağlı olduğu gözlemlenmedi. Bu olayın eski, hareketsiz gökadasının çekirdeğinde keşfedilmesi, daha önce nadiren gözlemlenen ikili sistemlerin oluşumu için umut verici yeni yolların kapısını açıyor.”
Bu tür olayların, evrendeki benzer kalabalık bölgelerde rutin olarak meydana gelmesi, ancak bu noktaya kadar fark edilmemesi mümkündür. Belirsizliklerinin olası bir nedeni, galaktik merkezlerin hem GRB’nin ilk parlamasını hem de sonuçta ortaya çıkan parlamayı gizleyebilecek toz ve gazla dolu olmasıdır. GRB 191019A, gökbilimcilerin patlamayı tespit etmesine ve sonrasındaki etkilerini incelemesine olanak tanıyan nadir bir istisna olabilir.
Fong, “Bu olay, türünün keşfedilecek ilk örneği olsa da, galaksilerine yakın büyük miktarda toz tarafından gizlenen daha fazlası olabilir” dedi. “Aslında, bu uzun süreli olay kompakt nesnelerin birleştirilmesinden geldiyse, geleneksel sınıflandırmalarımıza meydan okuyan artan GRB popülasyonuna katkıda bulunuyor.”
Araştırmacılar, bu olaylardan daha fazlasını keşfetmek için çalışarak, bir GRB tespitini karşılık gelen bir yerçekimi dalgası tespitiyle eşleştirmeyi umuyorlar; bu, gerçek doğaları hakkında daha fazla bilgi verecek ve en karanlık ortamlarda bile kökenlerini doğrulayacak. Vera C. Rubin Gözlemevi, 2025’te faaliyete geçtiğinde bu tür araştırmalar için çok değerli olacak.
Referans: Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates , Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan PU Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman ve Nial R. Tanvir, 22 Haziran 2023, Doğa Astronomisi.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8