Magnetarların nasıl oluştuğuna dair yeni ipuçları

2007’deki keşiflerinden bu yana, hızlı radyo patlamaları (radyo frekansı ışığının son derece enerjik darbeleri) gökyüzünü defalarca aydınlattı ve gökbilimcileri bu patlamaların kökenlerini ortaya çıkarma arayışına sürükledi. Şu anda, doğrulanmış hızlı radyo patlamaları veya FRB’lerin sayısı yüzlercedir ve bilim insanları bunları neyin tetiklediğine dair giderek artan kanıtlar toplamaktadır: magnetarlar olarak bilinen yüksek derecede mıknatıslanmış nötron yıldızları (nötron yıldızları bir tür ölü yıldızdır).

Önemli bir kanıt, kendi galaksimizde bir magnetar patladığında ve aralarında Caltech’in STARE2 (Geçici Astronomik Radyo Emisyonu 2 Araştırması) projesinin de bulunduğu birkaç gözlemevinin bu olayı gerçek zamanlı olarak yakalamasıyla geldi.

Artık Caltech liderliğindeki araştırmacılar, FRB’lerin evrende meydana gelme olasılığının daha yüksek olduğu yerleri ortaya çıkardılar: düşük kütleli olanlardan ziyade büyük yıldız oluşturan galaksiler. Bu bulgu magnetarların nasıl oluştuğuna dair yeni fikirlerin ortaya çıkmasına neden oldu. Spesifik olarak, çalışma, manyetik alanları Dünya’nınkinden 100 trilyon kat daha güçlü olan bu egzotik ölü yıldızların genellikle iki yıldızın birleşmesi ve daha sonra bir süpernova halinde patlamasıyla oluştuğunu öne sürüyor.

Daha önce magnetarların bu şekilde birleşen iki yıldızın patlamasıyla mı oluştuğu yoksa tek bir yıldızın patlamasıyla mı oluşacağı belli değildi.

Yeni çalışmanın baş yazarı ve Caltech’te astronomi yardımcı doçenti Vikram Ravi ile birlikte çalışan yüksek lisans öğrencisi Kritti Sharma, “Magnetarların muazzam güç çıkışı, onları evrendeki en büyüleyici ve sıra dışı nesnelerden biri haline getiriyor” diyor. “Devasa yıldızların ölümü üzerine magnetarların oluşmasına neyin sebep olduğu hakkında çok az şey biliniyor. Çalışmamız bu soruyu yanıtlamaya yardımcı oluyor.”

Proje, Bishop, Kaliforniya yakınlarındaki Owens Valley Radyo Gözlemevi merkezli bir Caltech projesi olan Deep Synoptic Array-110 (DSA-110) kullanılarak FRB’lerin aranmasıyla başladı. Bugüne kadar, genişleyen radyo dizisi 70 FRB’yi tespit etti ve kendi özgün galaksilerine konumlandırdı (yalnızca 23 FRB’nin konumu diğer teleskoplar tarafından belirlendi). Araştırmacılar bu lokalize FRB’lerin 30’unu analiz etti. Kağıt yayınlandı içinde Doğa.

Ravi, “DSA-110, bilinen ev sahibi galaksilere sahip FRB’lerin sayısını iki katından fazla artırdı” diyor. “Diziyi bunun için inşa ettik.”

FRB’lerin aktif olarak yıldız oluşturan galaksilerde meydana geldiği bilinmesine rağmen, ekip şaşırtıcı bir şekilde FRB’lerin düşük kütleli yıldız oluşturan galaksilere göre büyük yıldız oluşturan galaksilerde daha sık meydana gelme eğiliminde olduğunu buldu. Tek başına bu bile ilginçti çünkü gökbilimciler daha önce tüm aktif gökada türlerinde FRB’lerin patladığını düşünüyorlardı.

Bu yeni bilgiyle birlikte ekip, sonuçların FRB’ler hakkında neler ortaya çıkardığını düşünmeye başladı. Devasa galaksiler metal açısından zengin olma eğilimindedir çünkü evrenimizdeki metallerin (yıldızlar tarafından üretilen elementlerin) kozmik tarih boyunca birikmesi zaman alır. FRB’lerin metal açısından zengin bu galaksilerde daha yaygın olması, FRB’lerin kaynağı olan magnetarların da bu tip galaksilerde daha yaygın olduğu anlamına geliyor.

Astronomik açıdan hidrojen ve helyumdan daha ağır elementler anlamına gelen metaller açısından zengin yıldızlar, diğer yıldızlardan daha büyük büyüme eğilimindedir. Ravi, “Zamanla, galaksiler büyüdükçe, birbirini takip eden yıldız nesilleri, galaksiler evrimleşip öldükçe metallerle zenginleşiyor” diyor.

Dahası, süpernova halinde patlayıp magnetar haline gelebilen büyük kütleli yıldızlar daha çok çiftler halinde bulunur. Aslında büyük yıldızların %84’ü ikili yıldızlardır. Dolayısıyla ikili sistemdeki devasa bir yıldız fazladan metal içeriği nedeniyle şiştiğinde, fazla malzemesi partner yıldızına çekilir ve bu da iki yıldızın nihai birleşmesini kolaylaştırır. Bu birleşmiş yıldızlar, tek bir yıldızınkinden daha büyük bir birleşik manyetik alana sahip olacaktır.

Sharma, “Daha fazla metal içeriğine sahip bir yıldız şişer, kütle aktarımını tetikler, birleşmeyle sonuçlanır, böylece tek bir yıldızın sahip olabileceğinden daha büyük bir toplam manyetik alana sahip daha da büyük bir yıldız oluşur” diye açıklıyor.

Özetle, FRB’ler tercihen büyük ve metal açısından zengin yıldız oluşturan galaksilerde gözlendiğinden, o zaman (FRB’leri tetiklediği düşünülen) magnetarlar da muhtemelen iki yıldızın birleşmesine olanak sağlayan metal açısından zengin ortamlarda oluşuyor. Bu nedenle sonuçlar, evrendeki magnetarların yıldız birleşmelerinin kalıntılarından kaynaklandığına işaret ediyor.

Ekip gelecekte DSA-110’u kullanarak daha fazla FRB’yi ve bunların menşe yerlerini bulmayı umuyor ve sonunda DSA-2000Nevada çölünde inşa edilmesi ve 2028’de tamamlanması planlanan daha da büyük bir radyo dizisi.

Ravi, “Bu sonuç tüm DSA ekibi için bir dönüm noktasıdır. Bu makaledeki yazarların çoğu DSA-110’un oluşturulmasına yardımcı olmuştur” diyor. “Ve DSA-110’un FRB’leri yerelleştirmede bu kadar iyi olması DSA-2000’in başarısı için iyiye işaret.”