Yerçekimi dalgaları bize hızlı radyo patlamaları hakkında fikir verebilir

Hızlı radyo patlamaları (FRB’ler), bir milisaniyenin çok küçük bir kısmından yaklaşık üç saniyeye kadar sürebilen gizemli enerji darbeleridir. Birçoğu galaksinin dışından geliyor, ancak bir tanesinin Samanyolu içindeki bir kaynaktan geldiği tespit edildi. Bazıları da tekrar ediyor, bu da onların gizemini daha da artırıyor.

Astrofizikçiler, FRB’lerin muhtemel kaynağının yüksek enerjili bir astrofiziksel süreç olduğunu düşünseler de, bunların nasıl oluşturulduğundan emin değiller. Araştırmacılar, onları daha iyi anlamaya çalışmak amacıyla yakındaki bilinen bir FRB kaynağını gözlemlemek için yerçekimsel dalgaları (GW’ler) kullandılar.

Samanyolu’nda doğrulanan tek FRB kaynağı, SGR 1935+2154 olarak adlandırılan, güçlü bir manyetik alana (bir magnetar) sahip bir nötron yıldızıdır. FRB’si 2020 yılında tespit edildi ve bir kaynağa bağlanan ilk sistem oldu. SGR 1935+2154 yaklaşık 20.000 ışıkyılı uzaklıkta olmasına rağmen hâlâ incelenebilecek kadar yakın.

Yeni araştırmalarda yayınlandı içinde Astrofizik DergisiBilim adamları, FRB’ler ve yerçekimi dalgaları arasındaki bağlantıları araştırmak için İngiliz-Alman GEO600 yerçekimsel dalga dedektörünü kullandılar. Araştırmanın başlığı “SGR 1935+2154’ten Hızlı Radyo Patlamalarıyla Eşleşen Yerçekimi Dalgaları için GEO600 Kullanılarak Bir Araştırma” olup, araştırmanın baş yazarı Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nden AG Abac’tır.

FRB’ler olağanüstü derecede enerjiktir ve magnetarlar da öyle. Bir FRB’yi magnetar SGR 1935-2154’e bağlamak, FRB’leri anlamada büyük bir adımdır, ancak hala birçok cevaplanmamış soru vardır. Bazı magnetarlar sürekli olarak FRB’ler yayar ve aynı zamanda X-ışınlarında parlar. Magnetarlar, kabuklarındaki gerilim serbest kaldığında güçlü yıldız depremleri yaşayabilirler ve açığa çıkan enerji, magnetarın manyetik alanını sarsarak FRB’leri ve X ışınlarını serbest bırakır. Araştırmacılar aynı depremlerin yerçekimsel dalgalar oluşturup oluşturamayacağını merak ediyorlardı.

GW’ler için magnetarın gözlemlenmesi, magnetarlara ve FRB’leri üreten süreçlere bir pencere açabilir mi?

Max Planck Enstitüsü’ndeki Alman-İngiliz yerçekimsel dalga dedektörü GEO600’ün baş bilim adamı James Lough, “Bir magnetardan gelen hızlı radyo patlamalarını ve yerçekimsel dalgaları neredeyse aynı anda gözlemlemek, uzun zamandır aradığımız kanıt olabilir” dedi. Hannover’deki Yerçekimi Fiziği Bölümü (Albert Einstein Enstitüsü; AEI).

FRB’lerin ve GW’lerin eşzamanlı gözlemi, nötron yıldızı tarafından üretilen yıldız depremlerinin ortak kökenini doğrulayabilir. Lough, “Bu nedenle, kozmik kapımızın eşiğindeki bir magnetar hızlı radyo patlamaları yayarken GEO600 ile aldığımız verileri analiz etmek için uluslararası bir ekiple birlikte çalıştık” diye ekliyor.

Eğer magnetar GW’ler üretiyorsa, dedektörlerimize ulaştıklarında güçlü olacaklar ve etkilerinin gözlemlenmesi daha kolay olacaktır. Nisan 2020 ile Ekim 2022 arasında SGR 1935+2154, üç FRB bölümü oluşturdu ve GEO600 dinliyordu. GW dedektörü, küresel GW dedektörleri ağının bir parçasıdır.

Lough, “Diğer tüm dedektörler yükseltme aşamasındayken GEO600’ün gözlem yapmaya devam edebilmesi çok önemliydi” diye açıkladı. “Aksi takdirde, bize bu kadar yakın bir yerde meydana gelen bu büyüleyici olaylar sırasında kütleçekim dalgası verilerine sahip olma fırsatını kaçırmış olurduk.”

Ne yazık ki, GEO600’ün verilerinin dikkatli analizi GW’lere dair hiçbir kanıt göstermedi. Ancak dedektörün gözlemleri hâlâ değerliydi. Magnetar bize çok yakın olduğundan tespit edilememesi bile bazı yeni bilgiler sağladı.

Bu, bilim adamlarının, FRB’lerle eşzamanlı olarak yayılan GW’leri, ayrıca magnetar patlamaları ve pulsar aksaklıklarından kaynaklanan GW’leri aramak için GW dedektörlerini ilk kez kullanmaları değil. Farklı araştırmacılar, daha güçlü LIGO, Virgo ve KAGRA (LVK) işbirliklerini kullanarak bunları başarılı olamadı.

Yazarlar araştırmalarında şöyle yazıyor: “Bu çalışmalarda herhangi bir tespit bulunmamakla birlikte, aramalar bu olaylarla ilişkili olarak yayılmış olabilecek GW enerjisi üzerinde üst sınırlar belirledi.”

LVK dedektörleri GEO600’den daha büyük ve daha güçlüdür. Verileri, magnetarın 2020 ila 2022 FRB’leri sırasında tespit edilmeden yayılabilecek mümkün olan maksimum kütleçekim dalgası enerjisinin, gökbilimcilerin önceki çalışmalardan çıkardığı sonuca göre 10.000 kat daha küçük olması gerektiğini gösteriyor.

Farklı modeller, GW’lerin FRB’lerde nasıl üretildiğini açıklıyor ve GW gözlemleri henüz aralarında ayrım yapacak kadar hassas değil. Bununla birlikte, GW’lerin gücü için sınırlar oluşturarak, GW gözlemleri hala bilim adamlarının modellerini geliştirmelerine yardımcı olan bilgiler sağlıyor.

GW’leri ve FRB’leri birbirine bağlama girişimi aslında daha yeni başlıyor. LIGO/Virgo, son FRB’leri sırasında magnetarı gözlemleyemese de, bir sonraki bölümde çalışır durumda olacaklarını umuyoruz. Bu sefer etkinlikleri ve hassasiyetleri artmış olacak.

Uzun bir süredir astrofizikçiler, magnetarların FRB’lerin kaynağı olduğunu teorileştirdiler ve SGR 1935+2154’ten FRB’lerin tespiti, en azından bazı FRB’ler için bunu doğruluyor. Ancak bunların oluşumunun ardındaki kesin mekanizma hala belirsizliğini koruyor. Yazarlar sonuç kısmında şöyle yazıyor: “Bu magnetar patlamaları ile FRB’ler arasındaki ilişki tam olarak anlaşılamamıştır, ancak altta yatan magnetar davranışı ilişkili olsa bile muhtemelen farklı fiziksel süreçlerden kaynaklanmaktadır.”

İyileştirilmiş LIGO/Virgo ve KAGRA gözlemevleri ile magnetarın gelecekteki GW gözlemleri, GW’lerin FRB’lerle aynı anda yayıldığını gösterebilirse, bu çok büyük bir gelişme olacaktır. Çalışmanın yazarları şöyle açıklıyor: “Bu dedektörlerin GEO600’e kıyasla artan hassasiyeti göz önüne alındığında, O4’ün geri kalan kısmındaki (Gözlem Çalışması 4) herhangi bir SGR 1935+2154 FRB, GW-FRB bağlantısını araştırmak için başka bir fırsat sağlayabilir.”

AEI direktörü ve direktörü Karsten Danzmann, “Yakında işler gerçekten heyecan verici hale gelebilir. İki yıldır sessiz olan ve herhangi bir radyo patlaması yaymayan magnetarın önümüzdeki birkaç ay içinde yeniden aktif hale gelmesini umuyoruz” diyor. Hannover Leibniz Üniversitesi Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nden Dr.

Uluslararası dedektör ağı, Haziran 2025’e kadar devam edecek bir gözlem çalışmasının yarısında bulunuyor. “Daha hassas cihazlardan elde edilecek verilerle, magnetarların hızlı radyo patlamalarına kütleçekim dalgalarının eşlik edip etmediğine daha yakından bakabileceğiz. belki de çok eski bir gizemi çözebiliriz” diyor Danzmann.