İnsanlar ilk kez nötron yıldızlarının birleşmesiyle oluşan yerçekimi dalgalarını tespit etti ve ışıklarını gördü.
"Çoklu haberci" astronomi dönemi başlıyor.
Sanatçı tarafından tasvir edilen nötron yıldızı birleşmesi. ESO
Tarihte ilk kez, insan bilim adamları, iki nötron yıldızı birleştiğinde üretilen yerçekimi dalgalarını doğrudan tespit ettiler ve aynı zamanda birleştiklerinde yayılan göz kamaştırıcı ışığa tanık oldular. Bu aynı zamanda insanlar için aynı kozmik olayı iki farklı şekilde ilk kez gözlemliyor: yerçekimi dalgaları ve elektromanyetik dalgalar.
Bu keşif, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki LIGO Yerçekimsel Dalga Gözlemevi, Avrupa'daki Başak Yerçekimi Dalgası Gözlemevi ve dünyanın dört bir yanındaki en az 70 yer tabanlı elektromanyetik dalga gözlemevi (Çin'in Antarktika Araştırma Teleskobu dahil) ve uzay teleskopları tarafından yapılmıştır.
Sanatçı tarafından tanımlanan birleştirilmiş nötron yıldızı. ESO
Bir nötron yıldızı, büyük bir yıldızın süpernova patlamasından sonra kalan küçük, kompakt bir gök cisimidir. Bu gök cisimleri, birbirlerine yaklaşıp dönerken uzun süreli yerçekimi dalgaları üreteceklerdir. Nötron yıldızları birleştikten sonra, gama ışını bandında flaşlar yayacaklar. Bu flaş, yerçekimi dalgasını algıladıktan en fazla 2 saniye sonra dünyaya ulaşacaktır. Önümüzdeki günlerden haftalara kadar, birleşik olaydan X ışınları, ultraviyole ışınları, görünür ışık, kızılötesi ışınlar ve radyo dalgaları gibi çeşitli elektromanyetik dalgaları alabileceğiz.
Bu ortak gözlem, gökbilimcilere nötron yıldızlarının birleşmesini tespit etmek için eşi görülmemiş bir fırsat veriyor. Amerikan Gemini Gözlemevi, Avrupa Güney Gözlemevi ve Hubble Uzay Teleskobu da malzeme sentez sürecinin bıraktığı kanıtları yakaladı ve böylece çözülmemiş bir gizemi çözdü, yani demirden daha ağır elementlerin çoğu nereden geliyor? Nötron yıldızlarının birleşmesiyle üretilen bu maddeler arasında altın ve platin bulunur.
İlgili sonuçlar, yakın tarihli "Fizik İnceleme Mektubu" nda ve diğer dergilerde çok sayıda makale şeklinde yayınlandı.
Birleştirilmiş nötron yıldızı, Dünya'dan yaklaşık 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta olan NGC 4993 galaksisinde yer almaktadır. Bu, Avrupa Güney Gözlemevi tarafından fotoğraflanan galaksi. ESO
Bu yerçekimi dalgası olayının sayısı GW170817'dir ve bu yıl 17 Ağustos'ta iki LIGO gözlemevi dedektörü tarafından keşfedilmiştir. İtalya'daki Başak Gözlemevi'nin yardımıyla, bilim adamları sinyalin yerini doğru bir şekilde belirlediler.
17 Ağustos'ta, LIGO'nun gerçek zamanlı veri analizi yazılımı, dedektörlerden birinden güçlü bir yerçekimi dalgası sinyali yakaladı. Aynı zamanda, NASA'nın Fermi Uzay Teleskobu bir gama ışını patlaması tespit etti. Analiz yazılımı, iki sinyalin analiz sonuçlarını sentezler ve tesadüf olasılığının çok düşük olduğu sonucuna varır. Aynı zamanda, başka bir LIGO dedektörü de bir yerçekimi dalgası sinyali aldı. Ardından, küresel ölçekte büyük ölçekli bir takip gözlem operasyonu hemen başlatıldı.
Kırmızı ok, "bin nova" olan birleştirilmiş nötron yıldızına işaret ediyor. ESO
LIGO'nun yerçekimi dalgası verileri, hedef gök cisiminin dünyadan yaklaşık 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta olduğunu ve sürekli dönüp yaklaştığını gösteriyor. Bu mesafe nispeten yakındır. Veriler ayrıca, bu iki gök cisminin kütlelerinin büyük olmadığını ve daha önce keşfedilenlerin aksine kara delik olmadığını gösteriyor. Kütleleri, nötron yıldızlarının kütle standartlarını karşılayan güneşin sırasıyla yalnızca 1.1 ve 1.6 katıdır. Bir nötron yıldızının çapı genellikle yaklaşık 20 kilometredir ve yoğunluğu düşünülemez - bir kaşık dolusu nötron yıldızı malzemesi birkaç milyar ton ağırlığında olabilir.
İkili kara deliklerin birleşmesiyle üretilen yerçekimi dalgası sinyali nispeten kısadır, bir saniyeden azdır, ancak bu sefer yerçekimi dalgası sinyali 100 saniye kadar uzundur ve LIGO'nun neredeyse tüm frekans bandını kapsar. Bilim adamları bundan yola çıkarak bu iki gök cisimlerinin kütlelerinin kara deliklerden çok daha küçük olduğunu belirlediler.
Nötron yıldızı birleşmesi tarafından üretilen yerçekimi dalga sinyali GW170817. LIGO
LIGO Bilimsel İşbirliği Örgütü sözcüsü vekili Laura Cadonati, bir nötron yıldızı birleşme olayı olasılığının çok düşük olduğunu söyledi. Doğal rastgele durumda, her 80.000 yılda bir olmak zorunda değildir. Bu sefer birleşen iki nötron yıldızı dünyaya çok yakın. Bu nedenle, bu keşfe sahip olmak çok şanslı. Bu keşif, şüphesiz astrofizik araştırmalarında tarih yaratmaya yetecek kadar yeni bir pencere açtı.
Birleşme ile hemen hemen aynı anda meydana gelen gama ışını patlaması Fermi Teleskobu tarafından yakalandı ve ESA Gama Işını Gözlemevi tarafından kısa bir GRB olarak doğrulandı. İki nötron yıldızı, birleşme sırasında en az bir kısa GRB'ye sahipti. Önceden, tüm bunlar yalnızca teoride mevcuttu.
NGC 4993 galaksisindeki "Bin Nova" nın parlaklığındaki değişiklikler. ESO
Fermi proje bilimcisi Julie McEnery, onlarca yıldır kısa GRB'lerin nötron yıldızı birleşmelerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını speküle ettiğimizi söyledi. Şimdi cevabımız var. Yerçekimi dalgası verileri bize bu iki birleşik gök cisimlerinin kütlelerinin nötron yıldızı standardını karşıladığını söyler; aynı zamanda gama ışınlarının parlaması bize bu iki gök cisiminin kara delik olmadığını, çünkü kara deliklerin birleşmesi genellikle flaş yaymaz.
Eski gizem çözüldü, ancak yenileri ortaya çıktı. Bu sefer gözlemlenen kısa GRB, Dünya'ya en yakın GRB'lerden biridir ve yoğunluğu şaşırtıcı derecede küçüktür. Bilim adamları bunun arkasındaki nedenler hakkında spekülasyon yapmaya başladılar, ancak sonuçlar birkaç yıl beklemek zorunda kalabilir.
Kaynağın gökyüzündeki konumu. ESO
Bu gözlemin sonuçları ekibin işbirliğinden yararlandı. LIGO, Başak ve Fermi Uzay Teleskobu yerçekimi dalgalarını ve gama patlama sinyallerini tespit ettikten sonra, bilim adamları sinyal kaynağının gökyüzündeki konumunu nispeten yüksek doğrulukla hızlı bir şekilde doğruladılar.
Koordinatlar belirlendikten birkaç saat sonra takip gözlemlerine başlandı. Sinyalin kaynağı yeni bir yıldızınkine benzer ve ilk olarak bir optik teleskopla keşfedildi. Sonunda, hem yer tabanlı hem de yörüngedeki uzay teleskopları dahil olmak üzere dünya çapında 70'ten fazla gözlemevi, sihirli güçlerini gösterdiler ve ilgili dalga boyu aralıklarında gözlemler yaptılar.
Gökada NGC 4993'teki aynı konumun 2014 ve 2017'de karşılaştırılması. ESO
California Teknoloji Enstitüsü'nden David H. Reitze'nin dediği gibi, bu keşif faaliyeti uzun zamandır beklenen "çoklu haberci" astronomisine bir pencere açtı. Tarihte ilk kez aynı felaket astrofizik olayını iki farklı alanda, kütleçekim dalgaları ve elektromanyetik dalgalar halinde gözlemledik. Yerçekimi dalgası astronomisinin müdahalesi bize nötron yıldızlarının özelliklerini anlamak için yeni fırsatlar sunuyor. Bu, yalnızca elektromanyetik astronomi ile başarılamaz.
Elektromanyetik dalgalarla gözlemleyen her gözlemevi, kendi ayrıntılı gözlem raporunu yayınladı. Aynı zamanda tüm bu gözlemleri bir araya getirdikten sonra gözümüzün önünde tam bir sonuç çıkıyor. Ayrıca, LIGO tarafından tespit edilen yerçekimi dalgası sinyalinin gerçekten de bir siklotronda birleşmiş bir çift nötron yıldızından geldiğini bize doğrular.
Sanatçının tasvir ettiği çift nötron yıldızları, dönmeleriyle birbirlerine yaklaşıyor ve aynı zamanda yerçekimi dalgaları oluşturuyor. ESO
Yaklaşık 130 milyon yıl önce, iki nötron yıldızı birbirlerinin etrafında uzun bir yörüngede kaldıktan sonra hayatlarında kritik bir ana ulaştı. Şu anda sadece 300 kilometre uzaklıktalar. Ve dönme hızı arttıkça, aralarındaki mesafe gitgide yaklaşıyor. Çevreleyen uzay ve zamanı esnetip bozarlar, sonunda birbirleriyle çarpışana kadar güçlü yerçekimi dalgaları şeklinde enerji salarlar.
Çarpışma meydana geldiğinde, iki nötron yıldızının çoğu birleşti ve süper yoğunluğa sahip yeni bir gök cismi haline geldi. Aynı zamanda, gama ışınlarından oluşan bir "ateş topu" üretildi. Yerçekimi dalgaları ve GRB'ler dünyaya neredeyse aynı anda ulaşıyor, bu da Einstein'ın genel görelilik teorisinin kütleçekim dalgalarının ışık hızında hareket ettiğini öngördüğünü kanıtlıyor.
Nötron yıldızlarının birleşmesiyle oluşan "Bin Novas" (gökadanın iç kısmının sol üst köşesindeki parlak nokta). ESO
Teorisyenler, nötron yıldızları çarpıştıktan sonra bir "kilonova" nın üretileceğini tahmin ediyorlar. Nötron yıldızlarının çarpışmasından sonra kalan maddenin yaydığı ışıktır. Bu maddeler çevredeki alana sıçrayacaktır. Optik gözlemler, bu süreçte kurşun ve altın gibi bazı ağır elementlerin üretildiğini ve çevredeki evrene yayıldığını gösteriyor.
Önümüzdeki birkaç hafta ila aylar arasında, dünyanın dört bir yanındaki teleskoplar, nötron yıldızları çiftinin birleşmesinin bıraktığı son parlamayı gözlemlemeye, birleşme sürecinde olması gereken çoklu aşamaları doğrulamaya ve çevredeki çevre ile etkileşimini anlamaya devam edecek. Ağır elemanların üretim süreci.
