Hızlı Radyo Patlamaları
Uzayın derinliklerinden gelen garip sinyaller tespit ediyoruz, üstelik bunlardan bir tanesi 16,35 günde bir kendini tekrarlıyor.
Uzayın derinliklerinden gelen garip sinyaller tespit ediyoruz, üstelik bunlardan bir tanesi 16,35 günde bir kendini tekrarlıyor.
Bir saniyeden daha kısa süren yoğun radyo emisyonlarına, Hızlı Radyo Patlamaları (Fast Radio Bursts – FRB) adı veriliyor. İlk defa 2007’de Avustralya’daki Parkes Gözlemevi’nin radyo antenini kullanan Duncan Lorimer ve David Narkevic tarafından keşfedildikten sonra, astronomlar bu patlamalara neyin neden olabileceği konusunda günlerce, aylarca ve hatta yıllarca çalıştılar. Aslında, bu soruya yanıt bulmak hiç de kolay değildi. Tüm bu zaman boyunca bu radyo patlamaları 100 kereden fazla tespit edildi. Genelde sadece bir kere ortaya çıktıkları için nereden geldiklerini tam olarak tespit etmek çok zor ve üzerinde çalışmak da neredeyse imkânsız oluyordu.
Harvard Üniversitesinden Amerikalı teorik fizik profesörü Avi Loeb “uzak galaksilerden gelen FRB’lerin kaynağını bulmak çok zor, zira büyük çoğunluğu sadece bir kere tespit edilebiliyor” diyor. Net bir tespit yapabilmek için kendini tekrar eden sinyallere ihtiyaç var. Şansımız var ki, bunlardan birkaç tanesi bulundu. Kendini tekrar eden ilk FRB 2012’de tespit edildi. FRB 121102 ortaya çıkar çıkmaz astronomların bazı teorilerini çürüttü. Daha önceleri FRB’lerin tek bir büyük olay, örneğin bir süpernova patlaması nedeniyle ortaya çıktığı düşünülüyordu, ancak kendini tekrar eden bir sinyal görüldüğünde bu ihtimal ortadan kalktı.
Büyük bir radyo teleskop ağı kullanan bilim insanları, FRB 121102’nin Dünya’dan 3 milyar ışık yılı uzaktaki soluk bir cüce galaksiden geldiğini tespit ettiler. Yapılan çalışmalar sonunda kaynak kompakt bir yıldız oluşum bölgesine kadar indirildi. Buradan yola çıkarak kaynağın son zamanlarda oluşmuş güçlü bir manyetik nötron yıldızı olduğu düşünüldü.
Ancak geçen yılın sonlarına doğru (birkaç tane daha kendini tekrar eden FRB tespit edildikten sonra) başka bir keşif daha yapıldı ve astronomlar teorilerini tekrar gözden geçirmek zorunda kaldılar. Bu sefer araştırmacılar Kanada’daki Hydrogen Intensity Mapping Experiment Fast Radio Burst Project (CHIME/FRB) verilerine bakıyorlardı ve buldukları şey Dünya çapında büyük ses getirdi.
Eylül 2018 – Ekim 2019 arasında hızlı radyo patlamalarına odaklanan araştırmacılar 400 farklı gözlemi masaya yatırdılar. Ortaya, belli aralıklarla tekrar eden, sabit bir radyo dalgası ışıması çıktı. Elde edilen verilere göre FRB dört gün boyunca aktif kalıyor, 12 gün boyunca susuyor, arkasından tekrar başlıyordu.
Bütün döngü toplam 16,35 gün sürüyordu. Böyle düzenli olarak birbirini takip eden 28 patlama tespit edildi. Zaman zaman sinyalin gelmediği veya sadece tek bir patlamanın oluştuğu dönemler de kaydedildi, ancak bunun nedeni CHIME/ FRB’nin sürekli bu FRB’ye odaklanmamış olması olabilir. Lorimer, “bu desen bize tekrarlayan FRB’lerin altında düzenli bir periyot olduğunu gösteriyor” diyor. “Açıkçası, böyle düzenli bir periyot beklemiyordum.”
Bu tekrarlar sayesinde FRB’nin kaynağını tespit etmek mümkün oldu. Kaynağın izi bizden yaklaşık 500 milyon ışık yılı uzaktaki bir sarmal galaksiye kadar takip edilebildi. Bilim insanları aradaki mesafeyi bulmak için, FRB’nin erken ulaşan kısa frekans radyo dalga boyları ile, daha sonra ulaşan uzun frekans radyo dalga boylarını karşılaştırdılar. Bu yönteme yayılım ölçümü adı veriliyor ve aradaki gecikme elektronlarla etkileşime girildiğini gösteriyor. Arada içinden geçilen ne kadar çok madde varsa, mesafe de o kadar büyük oluyor.
Bu yöntemi kullanarak, FRB 180916. J0158+65’in FRB 121102’den yedi kat daha yakın olduğu tespit edildi. Ayrıca, bilim insanlarının izini başarıyla sürdüğü iki ayrı tekrarlayan FRB’den de daha yakındı. Bunlardan bir tanesi 2019’da 36 uydudan oluşan Australian Square Kilometre Array Pathfinder teleskop ağı ile keşfedilmişti ve bizden yaklaşık 3,6 milyar ışık yılı uzakta bulunan Samanyolu benzeri bir galaksinin içinden geldiği tespit edilmişti.
Çalışmanın yazarlarından, Mc Gill Üniversitesinde doktora öğrencisi Mohit Bhardwaj, “[FRB 180916.J0158+65] şimdiye kadar tespit ettiklerimiz arasında bize en yakın olanı, hatta bazılarımız kaynağının bizim galaksimizin dış çeperinde bulunan bir gök cismi olabileceğini düşünüyordu” diyor. “Ancak, gözlemler sonucunda görece olarak yakın bir galaksinin içinde yer
aldığı ortaya çıktı. Hala gizemini koruyor ama en azından diğer birçok teleskop ile gözlemlenebilecek kadar yakın.”
Şu anda yapılan da bu zaten. Lorimer, FRB 180916.J0158+65’in konumunu bilmenin başka yönlerden de önemli olduğunu söylüyor. “FRB’lerin bizim galaksimizin içinde de tespit edilebileceğini gösteriyor, zira bu kaynak da Samanyolu gibi bir sarmal galaksi içinde yer alıyor” diyor. İlginç olan bir başka nokta da FRB’lerin düşük frekanslarda tespit ediliyor olması. 2018’de tespit edilen FRB 180725A, 580 MHZ’DE yakalanmıştı ve 700 MHZ altında tespit edilen ilk hızlı radyo patlamasıydı.
Peki FRB 180916.J0158+65’in kendini tekrarlamasının nedeni ne? FRB’leri ortaya çıkaran kaynak nedir? Bu soruların basit yanıtı, henüz bu konuda yüzde yüz kesin bir bilgiye sahip olmadığımız. Zira FRB’ler birbirinden çok farklı türde galaksilerde ortaya çıkıyor.
ARXIV veri tabanında yayımlanan bir makalede araştırmacılar FRB’ler için var olan açıklamaların tespitlerle çeliştiğini öne sürüyor. Ancak 16,35 günde bir tekrarlanan döngü önemli, çünkü bu en azından bize nesnenin doğası hakkında birkaç ipucu veriyor. Purdue Üniversitesinden Profesör Maxim Lyutikov, “Eğer onaylanırsa, bu çok önemli bir buluş olacak” diyor ve birkaç ihtimale işaret ediyor. Bir taraftan, bu düzenli periyot olayının bu FRB’ye özgü olabileceğinin altını çiziyor. “Bir bakıma bu, merkez motorun temel bir parçası olabilir” diyor. “Veya, harici olup motorun fonksiyonları için gerekli olmayan bir özellik de olabilir. Eğer ikinci teori doğruysa, bu durumda yine de bize kaynak hakkında bir şeyler söylüyor. Bize, bu kaynağın bir ikili yıldız olabileceğini belirtiyor. Fakat patlamaları nasıl meydana getirdiğini açıklamıyor.”
Bu gizemi çözmek için Lyutikov yazdığı bir makalede, FRB’nin bir ikili yıldız sisteminden geldiğini ve bu ikilide bir devasa yıldız, bir de manyetik yıldız (güçlü bir manyetik alanı olan bir tür genç nötron yıldızı) olduğunu yazıyor. “Gözlemlenen 16,35 günlük periyot güçlü bir ikili yıldız modeli ile uyumu” diyor. “Yörüngesel ayrılma, Dünya – Güneş ilişkisine benzer olmalı.”
Lyutikov’un açıklamasında hem FRB’nin kaynağı (muhtemelen bir nötron yıldızı) hem de rüzgarları üreten arkadaşının kaynağı (muhtemelen sıcak, kısa ömürlü, devasa bir OB tipi yıldız) belirtiliyor. “Eğer ikiliden birinin rüzgârı pulsarın rüzgarının üstüne çıkarsa, bu durumda pulsarın rüzgarı onun gerisinde, küçük bir noktada
toplanır. Nötron yıldızından yayılan radyo patlamaları rüzgârın içinden direkt olarak geçtiğinde, emilir” diyor.
“Bazı yörünge fazlarında radyo dalgaları önce uzun, içinde neredeyse hiçbir şey olmayan bir boşluktan (pulsarın rüzgarının sıkıştığı bölge) geçer. Radyo dalgaları pulsar rüzgarının içinden çıktığında ve boşluğun öbür ucunda bulunan diğer yıldızın rüzgârı ile etkileşime geçtiğinde, buradaki rüzgârın yoğunluğu çok daha az olduğundan, daha az emilirler.
Lyutikov’un modeline göre (FRB kaynağından gelen sinyallerin diğer yıldız tarafından emildiği teorisi) periyotların ortaya çıkmasının nedeni nötron yıldızının dönüşü değil, yörüngesel hareketi. Bu ipucu Lorimer’in de ilgisini çekiyor. Lorimer, “benim şüphelerim de nedenin yörüngesel hareket olduğu yönünde. Örneğin, kaynağın önü yörünge hareketinin bir bölümü sırasında kesiliyor olabilir” diyor.
Her ne kadar birçok diğer bilim insanı da FRB’nin kaynağının iki farklı nesneden oluşan ikili bir sistem olduğunu düşünse de, bu ikinci nesnenin ne olabileceği konusunda görüş ayrılıkları bulunuyor. Emin oldukları tek şey, bu garip şablonun beraberinde birçok soru işaretini getirdiği. Lorimer, “sinyaller arasındaki ulaşım zamanlarının periyodik olduğunu düşünüyordum, ancak sonuç çok farklı çıktı” diyor. “Sisteminde bulunan bir gaz bulutu tarafından örtülüyor olması, düzenli patlamalar arasındaki aktif olmayan dönemi açıklayabilir.”
İkili yıldız açıklaması doğruysa, FRB tek bir kararsız veya dönen nesneden gelmiyor. Elbette henüz son nokta konmuş değil, birçok alternatif teori bulunuyor. Loeb “şu anda FRB’lerin doğasını açıklayan net bir kurama sahip değiliz, bu yüzden tüm ihtimaller göz önünde bulundurulmalı” diyor.
Yine de, Loeb’e göre FRB’ler pulsarların (güçlü manyetik alanları olan dönen nötron yıldızları) parlak benzerleri. Bu teorisini son dönemde yayımladığı bir makalede dile getirdi. “FRB’lerin süresi ve radyo frekansları pulsarlardan gelen parlamalara benziyor ancak FRB’ler milyarlarca kez daha parlak ve daha dağınık. Çok parlak oldukları için onları evrenin en derin köşelerinde olsalar da görebiliyoruz. Oysa görebildiğimiz pulsarlar sadece Samanyolu içinde olanlar.”
Loeb, “benim tahminime göre, bu periyodik tekrarlanma, bir yıldızın çevresinde dönmesinden veya radyo dalgasının uzun dönemde deviniminden kaynaklanıyor” diyor. “Periyodik tekrarlanmayı ikili yıldızlar gibi birçok astrofiziksel sistemde gözlemliyoruz” diye de ekliyor. Ancak Loeb, aynı zamanda FRB’lerin farklı kaynak tiplerine sahip olan karışık bir tür olduğunun da altını çiziyor, hatta kaynağın yapay olabileceği ihtimalini de göz önünde tutmamız gerektiğini söylüyor. Sinyalin uzaylılar tarafından gönderildiğine dair iddialar popüler basında da yer almıştı. Peki Loeb de böyle mi düşünüyor? Hayır, “buradaki periyodik tekrarlanma kaynağın yapay olduğuna işaret edecek kadar sıradışı değil” diyor.
“Eğer mors koduna benzer bir mesaj tespit etseydik, bu durumda verileri çok daha yaratıcı bir şekilde yorumlamamız gerekirdi. Bu sinyalin iletişim için kullanılıyor olma ihtimali çok düşük. Zira uzun mesafelerde arada çok fazla iletişim boşluğu oluyor. Eğer bu iletişim sinyali kısa mesafeler için düşünüldüyse, bu durumda enerjiden tasarruf etmek adına, bu ışığın bu kadar güçlü olmaması gerekiyordu. Diğer taraftan, gelişmiş bir medeniyet yelkenli kargo araçlarını hızlandırmak için güçlü bir ışık ışını kullanıyor olabilir ve bizim tespit ettiklerimiz de yelkenin kenarından sızan radyasyon olabilir. Bu düşüncemi iki makalemde de belirtmiştim.”
Bu makalelerden birinde kozmolojik ölçekteki mesafelere ulaşacak FRB’ler üretmek için çok fazla enerji gerektiği yazıyor. Bu enerji, Dünya tarafından alınan
Güneş ışığı enerjisi mertebelerinde olmalı.
“Böyle bir enerjiyi yapay olarak üretmek için dev bir mühendislik projesine gereksinim var. Dünya’daki en büyük projelerimizden milyonlarca kat büyük olmalı. En önemli teknolojik zorluk, radyo ışınının taşıması gereken yüksek enerji miktarı.”
Bu bilgiler ışığında, böyle bir şeyi meydana getirebilmek için farklı alanlarda ilerlemeler yaşanmasına ihtiyaç var. “FRB’lerin doğasını belirlemenin bir yolu, yakınlarda periyodik olarak kendini tekrarlayan, çok parlak bir FRB keşfetmek. Böylece onun çevresini detaylı bir şekilde inceleyebiliriz. Onları anlamak için bir başka yol ise, radyo dalgaları dışında başka dalga boylarında da FRB keşfetmek olacak. Böyle bir şey olursa, ana motorlarının doğasını anlama konusunda önemli bir ipucu elde etmiş olacağız.”
Görünen o ki, bu alandaki araştırmalar uzun yıllar boyu sürecek ve her yeni keşif beraberinde yeni sorular da getirecek. Loeb son olarak şöyle diyor: “Birden fazla FRB sınıfı olabileceğini düşünüyorum: tekrarlanan ve tekrarlanmayan. Gamma ışını patlamalarının iki farklı varyasyonunun olduğunu biliyoruz; demek ki elimizde bir örnek var. Henüz her şey için çok erken olduğunu düşünüyorum, ancak eğer onaylanırsa, tekrarlanan FRB’lerin tümünün periyodik olarak kendini tekrarlayan ortak bir karaktere sahip olduğunu söyleyebileceğiz. Önümüzdeki yıllarda bu noktayı çok dikkatli araştırmalıyız.”
Altta: FRB 180916. J0158+65, CHIME tarafından bulunduğunda, kaynağının komşu bir sarmal galakside, fotoğrafta yeşil ile gösterilen noktada olduğu belirlenmişti.
Üstte: Bir sanatçının gözünden FRB 181112’nin kaynağından Dünya’ya gelişi. Işının arada bulunan bir galaksinin halesinden geçtiği düşünülüyor. Altta solda: FRB’ler ilk tespit edildiğinde, büyük bir uzay olayı sonucu oluşan münferit fenomenler olduğu düşünülmüştü. Sağda altta: ESO’nun Very Large Telescope dizisi, FRB 181112’nin (beyaz daire içinde) uzaklığını tespit etmek için kullanıldı.
Üstte: İlk FRB Avustralya’daki Parkes teleskobu ile tespit edildi.
Üstte: Duncan Lorimer ilk radyo dalgası patlamasını 2007’de tespit etti. Bu yüzden bu tür dalgalara Lorimer Patlamaları adı da veriliyor.