Daha Önce Saptanmamış Hibrit Nötron-Yıldız Birleşmesi Olayı Olağandışı Gama Işını Patlamasıyla Ortaya Çıktı

Modelleme, süpernova kökenini sorgulayarak, gama ışını patlaması olaylarına ilişkin hakim görüşü yeniden gözden geçirmeye zorluyor.

Farklı tipte ölen yıldızların imzası olarak gama ışını patlamalarının standart görünümünün yeniden yazılması gerekebilir. Teorik modelleme ile desteklenen son astronomik gözlemler, evrendeki ağır elementlerin üretimine ışık tutabilecek nötron yıldızı birleşmelerinin yeni bir gözlemsel parmak izini ortaya koyuyor.

ABD Enerji Bakanlığı Los’ta bir astrofizikçi ve Laboratuvar Üyesi olan Chris Fryer, “Gökbilimciler uzun süredir gama ışını patlamalarının iki kategoriye ayrıldığına inanıyorlar: patlayan yıldızlardan kaynaklanan uzun süreli patlamalar ve kompakt yıldız nesnelerinin birleşmesinden kaynaklanan kısa süreli patlamalar” dedi. Alamos Ulusal Laboratuvarı. Fryer, dergide bugün (7 Aralık) yayınlanan fenomen hakkında bir makalenin ortak yazarı ve modelleme ekibinin lideridir. Doğa. “Fakat yakın zamanda gözlemlenen bir olayda, uzun süreli bir gama ışını patlamasıyla birlikte bir kilonova bulduk ve bu, bu basit tabloyu bozdu.”

Hipernovalar/süpernovalar, bu patlamalarda patlayan nesnelerden üretilen görünür ışıklı, geçici nesnelerdir; kilonovalar ise en az birinin bir olduğu kompakt nesnelerin birleştirilmesiyle üretilen görünür ışık geçişleridir. nötron yıldızı. Gama ışını patlamaları her iki geçiş tipine de eşlik edebilir. Süpernovalar, devasa bir yıldız patladığında üretilir; gama ışını patlamaları üreten patlama mekanizmasından yalnızca küçük bir süpernova alt kümesi ortaya çıkar.

Nötron yıldızları birleştiğinde, bu kavramsal görüntünün gösterdiği gibi, bir kilonova sinyaline güç veren radyoaktif püskürme üretebilirler. Yakın zamanda gözlemlenen bir gama ışını patlaması, bir süpernovanın emisyonlarına benziyordu, ancak bir kilonova içeren daha önce tespit edilmemiş bir hibrit olayı işaret ettiği ortaya çıktı. Kredi: Los Alamos Ulusal Laboratuvarı

Gama ışını patlamalarının uzun ve kısa

Uzun süreli GRB’ler (iki saniyeden uzun) tipik olarak süpernovalarla ilişkilendirilirken, kısa süreli GRB’ler (iki saniyeden az) genellikle nötron yıldızı birleşmeleriyle ilişkilendirilir. Gözlemlenebilir elektromanyetik emisyonun bu çeşitli biçimlerinin tümü geçici olaylar olarak bilinir. Nötron-yıldız birleşmeleri, en ağır elementlerden bazılarını – periyodik tablodaki demirin ötesinde olanları – oluşturur.

11 Aralık 2021’de birkaç gözlemevi ve uydu, çok parlak, 50 saniyelik bir gama ışını patlaması ve patlamayla ilişkili optik, kızılötesi ve x-ışını emisyonları kaydetti. Bu uzun patlama nispeten yakındı – yaklaşık bir milyar ışıkyılı uzaklıkta, farklı bir galakside. Samanyolu— ancak emisyon özellikleri, uzun süreli patlama olaylarının profiline uymuyordu. Bunun yerine kanıtlar, bir kilonova üreten ancak uzun süreli bir gama ışını patlaması yayan teorize edilmiş ancak daha önce gözlemlenmemiş bir hibrit olayda bir kompakt nesne birleşmesine işaret ediyordu.

“Los Alamos’taki modelleme ekibimiz, gözlemi bir dizi süpernova ve kilonova simülasyonuyla karşılaştırdı ve sinyali bir süpernova modeliyle ikna edici bir şekilde eşleştiremedik, oysa birkaç kilonova modeli optik ve kızılötesi veri noktalarıyla iyi bir eşleşme sağlıyor.” Gazetenin ortak yazarı ve Los Alamos modelleme ekibinin bir üyesi olan Ryan Wollaeger dedi. “Ancak, bu geçici durumu tam olarak anlamak için yapılacak daha fazla teorik modelleme var.”

Standart anlayışa meydan okumak

Aynı zamanda makalenin yazarlarından, Los Alamos’ta postdoc ve Los Alamos ekibinin bir üyesi olan Eve Chase, “Bu tespit, standart gama ışını patlamaları fikrimizi kırıyor” dedi. “Artık tüm kısa süreli patlamaların nötron yıldızı birleşmelerinden, uzun süreli patlamaların ise süpernovalardan geldiğini varsayamayız. Artık gama ışını patlamalarını sınıflandırmanın çok daha zor olduğunun farkındayız. Bu algılama, gama ışını patlamaları anlayışımızın sınırlarını zorluyor.”

GRB211211A olarak adlandırılan gözlem, hibrit bir olayın ilk doğrudan kanıtını sağlıyor. Yerçekimi dalgası gözlemleri, GRB211211A’nın doğasını doğrulayabilir, ancak maalesef hassas yerçekimi dalgası dedektörleri LIGO (Lazer İnterferometre Yerçekimi-Dalga Gözlemevi) bu tespit sırasında çalışmıyordu.

Fryer, uzun süreli patlamanın kompakt ikili birleşme modellerinin kabul edilen anlayışına meydan okumasına rağmen, bir birleşmenin GRB211211A’nın gözlemlenen diğer tüm özelliklerini yine de açıkladığını söyledi.

Fryer ve doktorası danışman Stan Woosley, 1999’da, gama ışını patlaması olaylarının iki sınıfı için en basit açıklama olarak, geniş çapta kabul gören kara delik yığılma diski paradigmasını icat etti ve geliştirdi. Bu paradigma altında, yerçekimsel olarak çekilen malzemeden haleler (biriktirme diskleri) ile kompakt nesneleri birleştirmek, kısa süreli gama ışını patlamaları üretecektir. Büyük kütleli yıldızların daha uzun ömürlü yığılma diskleriyle süpernovaya çökmesi, daha uzun patlamalar üretecektir. Fryer, artan sayıda gözlemin bu iki sınıfı ve bunlarla ilişkili yıldız nesne türlerini desteklediğini söyledi.

Referans: E. Troja, CL Fryer, B. O’Connor, G. Ryan, S. Dichiara, A. Kumar, N. Ito, R. Gupta’nın “Kompakt nesnelerin birleşmesinden kaynaklanan yakındaki bir uzun gama ışını patlaması” , R. Wollaeger, JP Norris, N. Kawai, N. Butler, A. Aryan, K. Misra, R. Hosokawa, KL Murata, M. Niwano, SB Pandey, A. Kutyrev, HJ van Eerten, EA Chase, Y .-D. Hu, MD Caballero-Garcia, AJ Castro-Tira, 7 Aralık 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05327-3

Üniversitelerdeki, araştırma enstitülerindeki araştırmacılardan oluşan uluslararası bir ekip, NASAve Los Alamos iş üzerinde işbirliği yaptı. Fryer, Wollaeger ve Chase’in de dahil olduğu modelleme ekibine liderlik etti. Los Alamos ekibi, süper bilgisayarlarda çalışan süpernova ve kilonova modelleme kodları geliştirdi. Bu kodları gözlemsel verilere uygulamak, GRB211211A’nın gözlemlerini yorumlamanın anahtarıydı.

Finansman: Los Alamos Ulusal Laboratuvarında Laboratuvar Yönetimli Araştırma ve Geliştirme.