NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi, GW170817 ile ilişkili bir kilonova (iki nötron yıldızı birleştiğinde meydana gelen, burada gösterilen güçlü bir olay) hakkında veri topluyor. Bu, Dünya’da tespit edilen yerçekimi dalgaları ve elektromanyetik radyasyon veya ışık üreten ilk kozmik olaydır. Kredi: NASA, CXC ve Northwestern Univ./A’dan X-ray verileri. Hajela; NASA/CXC/M tarafından görsel. Weiss
Gökbilimciler, kilonova olarak bilinen güçlü bir patlamadan kaynaklanan bir “sonik patlama” tespit etmiş olabilirler. GW170817 olarak adlandırılan bu olay, iki nötron yıldızının birleşmesinin bir sonucudur ve her ikisinin de aynı anda meydana geldiği ilk nesnedir.[{” attribute=””>gravitational waves and electromagnetic radiation, or light, have been detected form Earth. Continued detections of this light by NASA’s Chandra X-ray Observatory—analyzed by a collaboration that includes Penn State researchers—revealed this cosmic phenomenon.
“Chandra has continued to detect electromagnetic radiation from this neutron star merger nearly four years after the event was first detected,” said David Radice, assistant professor of physics and of astronomy and astrophysics at Penn State and a member of the collaboration. “These observations provide important information about what happens after the initial collision, such as when and how the two merged objects might form a black hole.”
A kilonova occurs when two neutron stars – some of the densest objects in the universe – merge. On August 17, 2017, astronomers discovered gravitational waves from such a merger using the Advanced Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) in the United States and the Virgo detector in Italy, coinciding with a burst of gamma rays. Since then, astronomers have been using telescopes all over the world and in space, including NASA’s Chandra X-ray Observatory, to study GW170817 across the electromagnetic spectrum, which includes X-rays.
“We have entered uncharted territory here in studying the aftermath of a neutron star merger,” said Aprajita Hajela of Northwestern University, who led the new study of GW170817.
Gökbilimciler, nötron yıldızları birleştikten sonra, enkazın, birleşmeden kaynaklanan enkazda oluşan platin ve altın gibi radyoaktif elementlerin bozunmasından görünür ve kızılötesi spektrumda ışık ürettiğini düşünüyor. Bu ışık patlamasına kilonova denir. GW170817 durumunda, yerçekimi dalgalarından birkaç saat sonra görünür ışık ve kızılötesi emisyon tespit edildi.
Nötron yıldızı birleşmesi X-ışınlarında çok farklı görünüyordu. İlk LIGO tespiti duyurulduktan hemen sonra, bilim adamları Chandra’nın mevcut hedefinden hızla GW170817’ye dönmesini istedi. İlk başta, kaynaktan herhangi bir X-ışınları görmediler, ancak 26 Ağustos 2017’de Chandra tekrar baktı ve bir nokta X-ışınları kaynağı buldu.
X-ışınlarının hızlı bir şekilde algılanmaması, ardından bir algılama, nötron yıldızı birleşmesiyle üretilen dar bir yüksek enerjili parçacık jeti için kanıt sağlar. Jet “eksen dışı”dır – yani doğrudan Dünya’yı işaret etmez. Araştırmacılar, Chandra’nın başlangıçta dar jeti yandan gördüğünü ve bu nedenle yerçekimi dalgaları tespit edildikten hemen sonra X-ışınları görmediğini düşünüyor.
Ancak zaman geçtikçe jetteki malzeme yavaşladı ve çevresindeki malzemeye çarparak genişledi. Bu, jet konisinin Chandra’nın doğrudan görüş alanına daha fazla genişlemesine neden oldu ve X-ışını emisyonu tespit edildi.
2018’in başından bu yana, jetin neden olduğu X-ışını emisyonu, jet daha da yavaşlayıp genişledikçe giderek sönüyordu. Araştırma ekibi daha sonra Mart 2020’den 2020’nin sonuna kadar düşüşün durduğunu ve X-ışını emisyonunun parlaklıkta yaklaşık olarak sabit olduğunu fark etti. Bu önemli bir işaretti.
Berkeley’deki California Üniversitesi’nden ortak yazar Raffaella Margutti, “X-ışınlarının hızla solmayı bırakması, bu kaynaktaki X-ışınlarında bir jete ek olarak bir şeyin tespit edildiğine dair en iyi kanıtımızdı,” dedi. “Gördüklerimizi açıklamak için tamamen farklı bir X-ışınları kaynağına ihtiyaç var gibi görünüyor.”
Bu yeni X-ışınları kaynağı için önde gelen bir açıklama, birleşmeden kaynaklanan genişleyen enkazın, süpersonik bir uçaktan gelen sonik patlama gibi bir şok oluşturmasıdır. Şok tarafından ısıtılan malzeme tarafından üretilen emisyona kilonova ışıması denir. Alternatif bir açıklama, X-ışınlarının, nötron yıldızlarının birleşmesinden sonra oluşan bir kara deliğe doğru düşen malzemeden geldiğidir. GW170817, her iki açıklamanın da ilk gözlemi olacaktır.
Yine Northwestern Üniversitesi’nden ortak yazar Kate Alexander, “GW170817’nin daha fazla araştırılmasının geniş kapsamlı etkileri olabilir” dedi. “Bir kilonova art kıvılcımının tespiti, birleşmenin hemen bir kara delik üretmediği anlamına gelir. Alternatif olarak, bu nesne, gökbilimcilere, maddenin doğumundan birkaç yıl sonra bir kara deliğe nasıl düştüğünü inceleme şansı sunabilir.”
İki açıklama arasında ayrım yapmak için gökbilimciler GW170817’yi X-ışınları ve radyo dalgalarında izlemeye devam edecekler. Eğer bu bir kilonova ışıması ise, radyo emisyonunun zamanla daha parlak hale gelmesi ve önümüzdeki birkaç ay veya yıl içinde tekrar tespit edilmesi bekleniyor. Açıklama, yeni oluşan bir kara deliğe düşen maddeyi içeriyorsa, X-ışını çıkışı sabit kalmalı veya hızla azalmalı ve zamanla hiçbir radyo emisyonu tespit edilmeyecektir. Ekibin şu anda analiz etmekte olduğu Aralık 2021’den itibaren GW170817’nin yeni Chandra gözlemleri bu sorunun çözülmesine yardımcı olabilir.
Penn State’de astronomi ve astrofizik yardımcı doçenti olan ortak yazar Ashley Villar, “Bu gözlem aynı zamanda daha fazla çalışmanın yolunu açıyor” dedi. “LIGO dördüncü gözlem çalışmasına başladığında, daha fazla kilonova bulmayı ve bu olayların çeşitliliğini gerçekten keşfetmeyi umuyoruz. Bu veri setinin zenginliği, bu çeşitliliği yönlendiren fiziği aydınlatmak için çok önemlidir.”
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bakınız:
Referans: A. Hajela, R. Margutti, JS Bright, KD Alexander, BD Metzger, V. Nedora, A. Kathirgamaraju, B. Margalit tarafından “İkili nötron yıldızı birleşmesi GW170817’den yeni bir X-ışınları kaynağının ortaya çıkışı” , D. Radice, E. Berger, A. MacFadyen, D. Giannios, R. Chornock, I. Heywood, L. Sironi, O. Gottlieb, D. Coppejans, T. Laskar, Y. Cendes, R. Barniol Duran, T. Eftekhari, W. Fong, A. McDowell, M. Nicholl, X. Xie, J. Zrake, S. Bernuzzi, FS Broekgaarden, CD Kilpatrick, G. Terreran, VA Villar, PK Blanchard, S. Gomez, G. Hosseinzadeh, DJ Matthews ve JC Rastinejad, 5 Nisan 2021, Astrofizik > Yüksek Enerji Astrofizik Olayları.
arXiv:2104.02070
Bu sonuçları açıklayan bir makale, derginin son sayısında yer almaktadır. Astrofizik Dergi Mektupları.
NASA’nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi, Chandra programını yönetiyor. Smithsonian Astrofizik Gözlemevi’nin Chandra X-ray Merkezi, Cambridge, Massachusetts’teki bilim operasyonlarını ve Burlington, Massachusetts’teki uçuş operasyonlarını kontrol ediyor.
