Kilonova Patlamaları
Milyonlarca veya milyarlarca ışık yılı uzaklıkta meydana gelen çarpışmaları nasıl tespit edersiniz? İlk olarak, gökyüzünün geniş alanlarını inceleyerek. İkincisi, dünyanın dört bir yanındaki gözlemevleriyle işbirliği yaparak! Bilim insanları, iki nötron yıldızı veya bir nötron yıldızı ve bir kara delik çarpıştığında ve birleştikçe kısa ama fantastik ışık gösterileri başladığında kilonovaları [1] araştırıyorlar. Böyle bir çarpışma, uzay-zamanda parlak ışık basamakları ve dalgalanmalar gönderen muazzam bir patlamaya neden olabilir.
Evrende bunun gibi kaç tane parlak patlama meydana gelir? Henüz bilmiyoruz. Bugüne kadar sadece bir avuç kilonova adayı tespit edilmiştir. NASA’nın yaklaşmakta olan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, birkaç günde bir gökyüzünün aynı bölgelerini taramaya hazırlanıyor; bu, araştırmacıların kilonova tespitlerini takip etmelerine ve hatta kesin olarak belirlemelerine yardımcı olacak ve ideal olarak yeni bilgilerin “altına hücum” etmesini sağlayacak.
En yoğun, en büyük kütleli yıldızlar – ki bunlar aynı zamanda süper küçüktür – çarpıştığında ne olur? Kilonova olarak bilinen parlak patlamalar gerçekleşir. Bu olayları evrenin doğal havai fişekleri olarak düşünün. Teorisyenler, periyodik olarak kozmosun her yerinde meydana geldiklerinden şüpheleniyorlar. Bilim insanları yakında bu olağanüstü olayları takip etmeye ve hatta gözlemlemeye yardımcı olacak ek bir gözlemevine sahip olacaklar: NASA’nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, Mayıs 2027’de devreye girecek.
Kilonovalardaki kilit aktörler, süpernova patlamaları sırasında yerçekimi altında çöken yıldızların merkezi çekirdekleri olan nötron yıldızlarıdır. [2] Her biri Güneş’e benzer bir kütleye sahiptir, ancak çapı sadece yaklaşık 6 mil (10 kilometre) civarındadır. Ve çarpıştıklarında, ışık hızına yakın hareket eden enkaz gönderirler. Bu patlamaların aynı zamanda altın, platin ve stronsiyum gibi ağır elementleri oluşturduğu düşünülmektedir . Kilonovalar bu elementleri uzayda vurur ve potansiyel olarak Dünya gibi karasal gezegenlerin kabuğunu oluşturan kayalara girmelerine izin verir.
Astronomi topluluğu, 2017 yılında bu olağanüstü kilonova olaylarından birini yakaladı. Ulusal Bilim Vakfı’nın Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi’ndeki (LIGO) bilim insanları, iki nötron yıldızının ilk önce yerçekimi dalgalarıyla [3] çarpışmasını tespit ettiler . Neredeyse eşzamanlı olarak, NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu yüksek enerjili ışığı tespit etti. NASA, olayı daha geniş bir teleskop filosuyla gözlemlemek için hızla döndü ve bir dizi görüntüde patlamanın genişleyen enkazının sönük parıltısını yakaladı.
Ancak bu örnekteki oyuncular pratik olarak “arka bahçemizde”, en azından astronomik terimlerle çarpıştılar. Sadece 130 milyon ışık yılı uzaklıkta yatıyor. Sürekli aktif olan evrenimizi noktalayan daha fazla kilonova – ve daha uzağa savrulmuş – olmalı.
“Bu olayların oranını henüz bilmiyoruz,” diyor Durham, Kuzey Carolina’daki Duke Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Daniel M. Scolnic. Scolnic, Roman da dahil olmak üzere geçmişteki, şimdiki ve gelecekteki gözlemevleri tarafından keşfedilebilecek kilonova sayısını tahmin eden bir araştırmaya öncülük etti. “Tanımladığımız tek kilonova tipik mi? Bu patlamalar ne kadar parlak? Ne tür galaksilerde bulunurlar?” Mevcut teleskoplar yeterince geniş alanları kapsayamaz veya daha uzak örnekler bulmak için yeterince derin gözlemleyemez, ancak bu Roman’la birlikte değişecektir.
Daha Fazla ve Daha Uzak Kilonovaları Tespit Etmek
Bu aşamada, LIGO nötron yıldızı birleşmelerini tanımlamada pakete öncülük ediyor. Gökyüzünün tüm bölgelerindeki yerçekimi dalgalarını tespit edebilir, ancak en uzak çarpışmalardan bazıları tanımlanamayacak kadar zayıf olabilir. Roman, LIGO’nun arayışına katılmaya hazırlanıyor ve ekibi “doldurmaya” yardımcı olan tamamlayıcı nitelikler sunuyor. Roman, gökyüzünün aynı bölgelerini tekrar tekrar tarayacak bir tarama teleskopudur. Ayrıca, Roman’ın görüş alanı Hubble Uzay Teleskobu’nun kızılötesi görüşünden 200 kat daha büyüktür – LIGO’nunki kadar geniş değil, görüntü alan bir teleskop için çok büyüktür. Kadansı, araştırmacıların gökyüzündeki nesnelerin ne zaman aydınlandığını veya karardığını, yakın veya çok uzakta olup olmadığını tespit etmelerini sağlayacaktır.
Roman, araştırmacılara son derece uzak kilonovaları gözlemlemek için güçlü bir araç sağlayacaktır. Bu, alanın genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Milyarlarca yıl önce yıldızları terk eden ışık, zamanla kızılötesi ışık olarak bilinen daha uzun, daha kırmızı dalga boylarına gerilir. Roman, yakın kızılötesi ışığı yakalamada uzmanlaştığından, çok uzak nesnelerden gelen ışığı algılayacaktır. Ne kadar uzak? “Roman, ışığı Dünya’ya ulaşmak için yaklaşık 7 milyar yıl yol kat eden bazı kilonovaları görebilecek,” diye açıklıyor Los Alamos, New Mexico’daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda doktora sonrası araştırmacı olan Eve Chase. Chase, kilonova fışkırmalarındaki farklılıkların, Roman da dahil olmak üzere gözlemevlerinden gözlemlemeyi beklediklerimizi nasıl değiştirebileceğini simüle eden daha yeni bir çalışmaya öncülük etti.
Yakın kızılötesi ışığın ikinci bir faydası var: Bu kısa ömürlü patlamaları gözlemlemek için daha fazla zaman sağlıyor. Ultraviyole ve görünür gibi ışığın daha kısa dalga boyları bir veya iki gün içinde gözden kaybolur. Yakın kızılötesi ışık bir hafta veya daha uzun süre toplanabilir. Araştırmacılar bunun nasıl çalışacağını görmek için verileri simüle ediyorlar. Chase, “Simüle edilmiş kilonovaların bir alt kümesi için, Roman, nötron yıldızı birleşmesinin gerçekleşmesinden iki haftadan fazla bir süre sonra gözlemleyebilecekti” diye ekliyor. “Çok uzaktaki kilonovalara bakmak için mükemmel bir araç olacak.”
Yakında, araştırmacılar kilonovaların nerede meydana geldiği ve bu patlamaların evrenin tarihinde ne sıklıkta meydana geldiği hakkında çok daha fazla bilgi sahibi olacaklar. Daha önce meydana gelenler bir şekilde farklı mıydı? Scolnic, “Roman, astronomi topluluğunun bu patlamaların fiziği hakkında bir dizi yeni analizle birlikte nüfus çalışmaları yapmaya başlamasına izin verecek” diyor.
Bir tarama teleskopu muazzam bir olasılık sunar – ve aynı zamanda hassas makine öğrenimi gerektirecek bir ton veri. Gökbilimciler bu aramaları otomatikleştirmek için kod yazarak bu zorluğun üstesinden geliyorlar. Nihayetinde, Roman’ın devasa veri setleri, araştırmacıların belki de bugüne kadar kilonovalarla ilgili en büyük gizemleri çözmelerine yardımcı olacak: İki nötron yıldızı çarpıştıktan sonra ne olacak? Tek bir nötron yıldızı, bir kara delik veya tamamen başka bir şey üretiyor mu? Roman ile, araştırmacıların önemli atılımlar yapmak için ihtiyaç duydukları istatistikleri toplayacağız.
İlhan Vardar
Kaynak : Hubblesite Basın Bülteni Sürüm Kimliği: 2022-049
Notlar:
[1] Bir kilonova (makronova olarak da adlandırılır), iki nötron yıldızı veya bir nötron yıldızı ve bir kara delik birleştiğinde kompakt bir ikili sistemde meydana gelen geçici bir astronomik olaydır. Bu birleşmelerin, birleşme işlemi sırasında oldukça izotropik (tekdüze) olarak üretilen ve atılan ağır r-proses çekirdeklerinin radyoaktif bozunması nedeniyle gama ışını patlamaları ürettiği ve kilonova adı verilen parlak elektromanyetik radyasyon yaydığı düşünülmektedir.
[2] Nötron yıldızı : Bir süpernova patlaması sırasında yerçekimi altında çöken bir yıldızın merkezi çekirdeğinden yaratılan son derece kompakt bir nötron topu. Nötron yıldızları son derece yoğundur; sadece 10 kilometre büyüklüğündedirler, ancak ortalama bir yıldızın kütlesine sahiptirler (genellikle güneşimizden yaklaşık 1,5 kat daha büyük). Düzenli olarak radyasyon darbeleri yayan bir nötron yıldızı pulsar olarak bilinir.
[3] Yerçekimi Dalgaları : Yerçekimi dalgaları, uzay-zamanda ışık hızında hareket eden dalgalanmalardır.