Ölmekte olan yıldızların kozaları, hızlı mavi optik geçişleri açıklayabilir. Bu animasyonda, çöken bir yıldızın jetini bir koza çevreliyor. Bu koza yıldızdan kaçarken soğur – bir FBOT emisyonu olarak ısı yayar. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Tüm hızlı mavi optik geçici gözlemlerle tamamen tutarlı olan ilk model.
tarafından geliştirilen yeni simülasyonlar[{” attribute=””>Northwestern University’s Ore Gottlieb and Sasha Tchekovskoy present a potential explanation for the origins of a mysterious phenomenon called fast blue optical transients, or FBOTs. The model shows a massive star collapsing, launching outflows of debris at rates near the speed of light. These outflows, or jets, collide into collapsing layers of the dying star to form a “cocoon” around the jet. The new model shows that as the jet pushes the cocoon outward — away from the core of the collapsing star — it cools, releasing heat as an observed FBOT emission.
Ever since they were discovered in 2018, fast blue optical transients (FBOTs) have completely surprised and utterly perplexed both observational and theoretical astrophysicists.
These mysterious objects, which are so hot that they glow blue, are the brightest known optical phenomenon in the universe. However, with only a few discovered thus far, the origins of FBOTs have remained elusive.
Now a Northwestern University team of astrophysics presents a bold new explanation for the origin of these curious anomalies. Using a new model, these scientists believe FBOTs could result from the actively cooling cocoons that surround jets launched by dying stars. It marks the first astrophysics model that is fully consistent with all FBOT observations to date.
The research was published on April 11, 2022, in the journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Bir koza oluşturmak için yıldız malzemesine çarpan bir yıldızın çöken ve fırlatılan jetlerinin tam simülasyonu. Koza soğudukça, bir FBOT emisyonu olarak ısı yayar. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Devasa bir yıldız çökerken, ışık hızına yakın hızlarda enkaz çıkışları başlatabilir. Bu çıkışlar veya jetler, jet etrafında bir “koza” oluşturmak için ölmekte olan yıldızın çöken katmanlarına çarpar. Yeni model, jet kozayı dışa doğru – çöken yıldızın çekirdeğinden uzağa – ittiğinde soğuduğunu ve gözlemlenen bir FBOT emisyonu olarak ısıyı serbest bıraktığını gösteriyor.
Araştırmayı yöneten Northwestern’den Ore Gottlieb, “Bir jet bir yıldızın derinliklerinde başlar ve sonra kaçmak için dışarı çıkar” dedi. “Jet yıldızın içinden geçerken, koza olarak bilinen geniş bir yapı oluşturur. Koza jeti sarar ve jet yıldızdan kaçtıktan sonra bile bunu yapmaya devam eder, bu koza jetle birlikte kaçar. Kozanın ne kadar enerjiye sahip olduğunu hesapladığımızda bir FBOT kadar güçlü olduğu ortaya çıktı.”
Ölmekte olan bir yıldızın yıldız katmanlarını delen jet. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Gottlieb, Northwestern’in Astrofizikte Disiplinlerarası Keşif ve Araştırma Merkezi’nde (CIERA) bir Rothschild Üyesidir. Makaleyi, Northwestern’deki Weinberg Sanat ve Bilim Koleji’nde fizik ve astronomi yardımcı doçenti olan CIERA üyesi Sasha Tchekovskoy ile birlikte yazdı.
hidrojen sorunu
FBOT’lar (telaffuz edilen F-bot), başlangıçta optik dalga boyunda tespit edilen bir tür kozmik patlamadır. Adından da anlaşılacağı gibi, geçici olaylar neredeyse göründükleri kadar çabuk kaybolur. FBOT’lar birkaç gün içinde en yüksek parlaklığa ulaşır ve ardından hızla kaybolur – standart süpernova yükselişi ve bozunmasından çok daha hızlı.
Sadece dört yıl önce FBOT’ları keşfettikten sonra, astrofizikçiler gizemli olayların başka bir geçici sınıfla ilgili olup olmadığını merak ettiler: gama ışını patlamaları (GRB’ler). Tüm dalga boylarında en güçlü ve en parlak patlamalar olan GRB’ler, ölmekte olan yıldızlarla da ilişkilidir. Devasa bir yıldız yakıtını tüketip çöktüğünde[{” attribute=””>black hole, it launches jets to produce a powerful gamma ray emission.
When a jet collides with collapsing layers of the star, it forms a ‘cocoon’ around the jet. Credit: Ore Gottlieb/Northwestern University
“The reason why we think GRBs and FBOTs might be related is because both are very fast — moving at close to the speed of light — and both are asymmetrically shaped, breaking the spherical shape of the star,” Gottlieb said. “But there was a problem. Stars that produce GRBs lack hydrogen. We don’t see any signs of hydrogen in GRBs, whereas in FBOTs, we see hydrogen everywhere. So, it could not be the same phenomenon.”
Using their new model, Gottlieb and his coauthors think they might have found an answer to this problem. Hydrogen-rich stars tend to house hydrogen in their outermost layer — a layer too thick for a jet to penetrate.
Koza jeti sarar ve onunla birlikte yıldızdan kaçar. Koza soğudukça, hızlı mavi optik geçici (FBOT) emisyonu olarak ısı yayar. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Gottlieb, “Temel olarak, yıldız jetin delip geçemeyeceği kadar büyük olurdu” dedi. “Yani jet asla yıldızdan çıkamayacak ve bu yüzden bir GRB üretemiyor. Ancak bu yıldızlarda ölmekte olan jet tüm enerjisini yıldızdan kaçan tek bileşen olan kozaya aktarır. Koza, hidrojen içeren FBOT emisyonları yayacaktır. Bu, modelimizin tüm FBOT gözlemleriyle tamamen tutarlı olduğu başka bir alandır.”
Resmi bir araya getirmek
FBOT’lar optik dalga boylarında parlak bir şekilde parlasalar da, radyo dalgaları ve X-ışınları da yayarlar. Gottlieb’in modeli de bunları açıklıyor.
Koza, yıldızı çevreleyen yoğun gazla etkileşime girdiğinde, bu etkileşim bir radyo emisyonu salmak için yıldız malzemesini ısıtır. Ve koza (çökmüş yıldızdan oluşan) kara delikten yeterince uzağa genişlediğinde, kara delikten X-ışınları sızabilir. X-ışınları, FBOT olayının tam bir resmini oluşturmak için radyo ve optik ışığı birleştirir.
Ölmekte olan bir yıldızın içinden geçen bir jet. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Gottlieb, ekibinin bulgularından cesaret alırken, FBOT’ların gizemli kökenlerini kesin olarak anlayabilmemiz için daha fazla gözlem ve modele ihtiyaç olduğunu söylüyor.
“Kozanın ne kadar enerjiye sahip olduğunu hesapladığımızda, bir FBOT kadar güçlü olduğu ortaya çıktı.”
– Ore Gottlieb, astrofizikçi
Gottlieb, “Bu yeni bir geçici olay sınıfı ve onlar hakkında çok az şey biliyoruz” dedi. “Bu patlamaları tam olarak anlayabilmemiz için daha fazlasını evrimlerinde daha erken tespit etmemiz gerekiyor. Ancak modelimiz süpernovalar, GRB’ler ve FBOT’lar arasında bir çizgi çekebiliyor ve bence çok zarif.”
Çöken bir yıldızın jetini çevreleyen bir koza. Bu koza yıldızdan kaçarken soğur – hızlı mavi optik geçici (FBOT) emisyonu olarak ısı yayar. Kredi: Ore Gottlieb/Northwestern Üniversitesi
Tchekovskoy, “Bu çalışma, FBOT’ların daha gelişmiş simülasyonlarının önünü açıyor.” Dedi. “Bu yeni nesil model, merkezi kara deliğin fiziğini doğrudan gözlemlenebilirlere bağlamamıza izin verecek ve aksi takdirde FBOT merkezi motorunun gizli fiziğini ortaya çıkarmamızı sağlayacak.”
Referans: Ore Gottlieb, Alexander Tchekhovskoy ve Raffaella Margutti, “CCSNe’deki şok jetleri, hızlı mavi optik geçişlerin hayvanat bahçesine güç sağlayabilir”, 11 Nisan 2022, Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stac910
“CCSNe’deki şok jetleri, hızlı mavi optik geçişlerin hayvanat bahçesine güç sağlayabilir” çalışması, Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklendi (ödül numaraları AST-1815304 ve AST-2107839). Yazarlar, simülasyonu Austin’deki Texas Üniversitesi’ndeki Texas Advanced Computing Center’da süper bilgisayarlar kullanarak geliştirdiler.