Astronomi haberleri: Nötron yıldızı yerçekimi dalgaları ilk kez tespit edildi
Resim, iki nötron yıldızının birbiriyle çarpıştığını göstermektedir. 16 Ağustos 2017'de gökbilimciler ilk kez nötron yıldızı çarpışmalarının neden olduğu yerçekimi dalgalarını tespit ettiklerini açıkladılar.
Örnek: ROBIN DIENEL; COURTESY THE CARNEGIE INSTITUTION FOR SCIENCE
Yazan: Nadia Drake
Yaklaşık 1,3 milyar yıl önce, iki Ölüm Yıldızı şiddetli bir şekilde çarpıştı ve bir dizi olaya neden oldu. Geçtiğimiz iki ayda, bu olaylar Dünya'daki gökbilimcileri neredeyse çılgına çevirdi.
Dün gece birkaç kıtada düzenlenen bir basın toplantısında bilim adamları, iki nötron yıldızının çarpışmasının neden olduğu yerçekimi dalgalarının ilk tespitini duyurdular.
1916'da Einstein ilk olarak yerçekimi dalgaları kavramını önerdi. Bu, aşırı kozmik olayların neden olduğu uzay-zamanın bozulması veya çarpıtılmasıdır. Şimdiye kadar, teyit edilen tüm tespitler iki kara deliğin çarpışması ve kaynaşmasıyla ilgili ve görünür bir sinyal tespit edilmedi.
Bununla birlikte, en son olay için, araştırma ekibi felaketi birden fazla dalga boyunda izlemek ve gözlemlemek için yaklaşık 70 gözlemevinden yaklaşık 100 cihaz kullandı ve bilim insanlarının bu yerçekimi dalgalarının kaynağını ilk kez dikkatlice incelemelerine olanak tanıdı.
Santa Barbara'daki California Üniversitesi'nden Andy Howell: "Gördüğümüz şey, insanların daha önce hiç görmediği yeni bir fenomen. Öyle harika ki, hayatımız boyunca çoğalamayabilir."
Kara delik çarpışmalarından farklı olarak, çarpışan nötron yıldızları bir teleskopla gözlemlenebilen metalik radyoaktif kalıntılar üretecekler, ancak esas olan ne zaman ve hangi yöne bakılacağını bilmektir.
Howell, "İki nötron yıldızının füzyonundan dolayı evrenin titrediğini hissedebiliyoruz, bu yüzden nereye bakacağımızı ve teleskopu nereye yönlendireceğimizi biliyoruz." Dedi. Ekibi ve diğer birkaç ekip, yerçekimi dalgası sinyalleri üreten iki nötron yıldızını takip etti.
Zaman ve uzaydaki dalgalanmalar
Einstein tarafından önerilen ve 2016'da doğrulanan yerçekimi dalgası, nihayet insanlar tarafından nötron yıldızlarının çarpışması ve füzyonu yoluyla gözlemlendi. Nötron yıldızları, büyük yıldızların patlayıcı ölümünden sonra ultra yoğun yıldızların kalıntılarıdır.
İki nötron yıldızı birbirlerinin etrafında döner; ne kadar yakınlarsa o kadar hızlı dönerler. Sonunda çarpıştılar. Dönme ve füzyon tarafından üretilen enerji, yerçekimi dalgaları şeklinde dışarıya doğru hareket eder.
Büyük enerji
Nötron yıldızlarının füzyonunun bir kara delik oluşturması muhtemeldir, ancak anormal kütleli büyük bir nötron yıldızı oluşturmak da mümkündür. Her durumda, son gök cisiminin kütlesi, iki nötron yıldızının kütlelerinin toplamından daha az olacaktır. Yaklaşık 25 Jüpitere eşdeğer kütlenin yerçekimi dalgalarına dönüştüğü tahmin edilmektedir. Çarpışma ayrıca altın ve gümüş gibi 50 Jüpiter'in kütlesine eşdeğer ağır elementler üretti.
Sonunda, yaklaşık 3.500 kişi yerçekimi dalgası tespiti ve astrofizik adli tıp çalışmalarına katıldı. Bu büyük proje, bugün "Science" ve "Physical Review Letters" gibi bilimsel dergilerde 40 makale ile yayınlandı.
Kısacası, bu gözlemler bilim insanlarının fizikte uzun süredir var olan bazı teorileri doğrulamasına ve evrendeki altın gibi ağır metallerin kökenini çözmesine yardımcı olmuş, ayrıca bu tür keşifler yerçekimi dalgası astronomisi gibi yeni alanlarla mümkün hale getirilebilir.
Northwestern Üniversitesi'nden Vicky Kalogera Washington, DC'deki bir basın toplantısında, "İki nötron yıldızının ölümünü ilk kez duyuyoruz ve nihayet birleştiklerinde ortaya çıkan havai fişekleri de gördük."
Zamanı keşfedin
Aslında, yerçekimi dalgalarının varlığının ilk ve dolaylı keşfi 1974'teydi. Bununla birlikte, bu dalgaların onlarca yıldır anlaşılması zor olduğu kanıtlandı, çünkü yeryüzündeki uzay-zaman distorsiyonu miktarı çok küçük, ölçek çekirdeğin çapının bir kısmına eşit.
Araştırmacılar, evrendeki bu kadar küçük ve acınacak dalgalanmaları algılamak için Lazer Girişimli Yerçekimi Dalga Gözlemevi'ni (LIGO) yarattı. Yerçekimi dalgaları dünyayı etkilediğinde, gözlemevinin iki detektörü, birkaç ayna çifti arasındaki mesafe değişikliklerini ölçmek için lazerler kullanabilir. Bugün, Avrupa Başak Gözlemevi'nin (Başak) üçüncü araştırması şimdi aynı ilke üzerinde çalışıyor.
Bu tüm gökyüzü haritası, şimdiye kadar doğrulanan yerçekimi dalgalarını ve tespit edilmek üzere olan bir yerçekimi dalgasını gösteriyor. Şeritler, her bir olayın neden olduğu zamansal ve uzaysal dalgalanmaları gösterir ve sayılar tespit tarihini gösterir. Örneğin, en son olay GW17081717 Ağustos 2017'de tespit edildi.
Resim: LIGO / VIRGO / NASA / LEO SINGER / AXEL MELLINGER
2016'nın başlarında, LIGO bilim adamları büyük bir keşfi duyurdular: Son derece hassas cihazları sonunda yerçekimi dalgalarını tespit etti. O zamandan beri LIGO, her biri kara delik füzyonundan kaynaklanan 3 yerçekimi dalgası olayını doğruladı. Ekibin üç baş bilim adamı da 2017 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.
Ancak, bu yıl 17 Ağustos sabahı erken saatlerde LIGO dedektörü yeni bir durum kaydetti. Birkaç aynanın mesafesini daraltan yerçekimi dalgaları, kaynağın bir kara delik değil, kaynaşmış bir ölüm yıldızı gibi göründüğünü gösteriyor.
Yerçekimi dalgası sinyalinin LIGO dedektörünü iki saniye titreştirmesinden sonra, NASA'nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu aynı gökyüzünden bir gama ışını ışını yakaladı. Gama ışınlarının patlaması iki saniyeden az sürdü ve kısa bir gama ışını patlaması gibi göründü; bu tür olayların çarpışan nötron yıldızlarından kaynaklandığı düşünülüyor.
Bu bir tesadüf mü? LIGO-Başak ekibi öyle düşünmüyor. Ekip, astronomi meslektaşlarına hemen bir mesaj göndererek, gözlemcilere, hızlı hareket ederlerse nötron yıldızlarının çarpışmasından kaynaklanan enkazları tespit edebileceklerini ve ilk kez yerçekimi dalgalarının doğumundan sonra takibi görebileceklerini söyledi.
Bu mesaj, dünya çapında birden fazla ekip tarafından takip gözlemlerini tetikledi ve tüm ekipler bu bulmacanın bütün resmini bir araya getirmeye yardımcı olmayı umuyor. Ama her şeyden önce, ekibin pahalı ekipmanlarını nereye yönlendireceğini bilmesi gerekiyor.
Ölüm Yıldızı ile Dans Etmek
Önce California Üniversitesi, Santa Cruz'da doktora sonrası araştırmacı olan Charlie Kilpatrick ile tanışalım. Yerçekimi dalgalarının ve gama ışınlarının ortaya çıkmasından sonra Kilpatrick ve meslektaşları, yeni sinyalin kaynağını bulmaya çalışırken aynı yıldızlı gökyüzünden çok sayıda galaksiyi hızla taradılar.
İlk olarak Şili'de küçük, göze çarpmayan bir teleskopla temas kurdular ve Şili'de hava karardığında, etkinlik sinyallerini bulmak için teleskopu her galaksiye doğrultmayı planlamaya başladılar. Ancak acele etmeleri gerekir: Gökyüzü, ufkun altına batmadan önce yalnızca bir veya iki saat boyunca gözlemlenebilir.
Solda, yerçekimi dalgası tespitinden 4 ay önce alınan Hubble teleskopu, eliptik gökada NGC 4993'ü gösterirken, Şili Swope teleskobu tarafından Ağustos ayında (aşağıda) çekilen görüntü, galakside tek bir tanesinin göründüğünü göstermektedir. Öne Çıkanlar.
Fotoğrafın izniyle: HUBBLE / STSCI (üstte) VE 1M2H TEAM / UC SANTA CRUZ ve CARNEGIE OBSERVATORIES / RYAN FOLEY (altta) TARAFINDAN FOTOĞRAF
LIGO-Başak alarmının çalmasından on saat sonra, Kilpatrick tarafından gözlemlenen beşinci galakside, hiç görülmemiş parlak bir nokta belirdi. Bu çok çekici sinyal, büyük bir olayın meydana geldiğini gösteriyor. Ekip, serbest bırakma hakkında bilgi vermek için başkalarına bir telgraf gönderdi. 42 dakika içinde diğer beş ekip (Howell'in ekibi dahil) galaksiyi hedef aldı.
Kilpatrick, "Böyle büyük bir şeye tepkim biraz yavaş" dedi.
Önümüzdeki birkaç gün içinde çok sayıda gözlemevi katılmaya başladı. Birkaç hafta içinde, eliptik gökada NGC 4993'ün kenarındaki yerçekimi dalgası kaynağı gökyüzündeki en endişe verici nokta haline geldi.
O gökyüzünde, iki nötron yıldızı uzun süredir birbirleriyle dönüyor. Boğucu dansları şiddetli bir ölümle sonuçlanacak. Milyonlarca yıl birlikte dans ettikten sonra ölümleri o kadar yoğundu ki zaman ve uzay bile çarpıtıldı ve çarpıtıldı. Ortaya çıkan yerçekimi dalgaları ışık hızında evrene yayıldı ve sonunda ölümlerini gezegenimize gönderdiler.
Big Bang Teorisi
Hızlı tespit çalışmaları sayesinde, bilim adamları elektromanyetik spektrumdaki (radyo dalgaları ve gama ışınları dahil) patlamaları inceleyebildiler.
Bu füzyon şimdi ayrıca periyodik tablodaki altın ve platin gibi değerli metaller gibi ağır elementlerin kökeni ve bilim adamlarının LIGO lazerleri yapmak için kullandıkları neodim elementi konusundaki tartışmaları da çözüyor.
İki nötron yıldızının dönüp birbiriyle birleştiği uzay ve zamanda dalgalanmalar.
Resim: NSF / LIGO / SONOMA DEVLET ÜNİVERSİTESİ / A. SIMONNET
Uzun bir süre, bilim adamları bu metallere esas olarak ölüm patlamalarında (süpernova patlamaları) patlayan büyük yıldızların neden olduğuna inanıyorlardı. Bununla birlikte, son araştırmalar, bu tür süpernova tarafından fırlatılan metalin, gördüğümüz metal miktarını açıklayamadığını göstermiştir.
Bu elementleri üretmek çok fazla nötron gerektirir; İnsanların tahmin ettiği gibi, nötron yıldızı parçalandığında bu kadar çok ağır metal element üretilir.
Araştırma ekibi, kızılötesi ışık altında nötron yıldızı çarpışmalarını inceleyerek, patlamanın tortusunun, evrende gözlemlenen ağır metallerin miktarını açıklamak için yeterli olan Dünya'ya eşdeğer en az 10.000 değerli metal içerdiğini belirledi.
Santa Cruz'daki California Üniversitesi'nden Enrico Ramirez-Ruiz, "Bu tür olaylar aslında bugün evrendeki tüm altının ve tüm ağır elementlerin varlığını açıklayabilir" dedi. Bu gözlemle ilgili olarak, "veri seviyesinin ve miktarının çok şaşırtıcı ve çok harika" olduğuna inanıyor.
Ancak, bu tür olaylar hala birçok soruyu gündeme getiriyor. Örneğin, iki nötron yıldızı çarpıştıktan sonra olan şey. Sadece çarpışmadan sonraki kalıntıların kütlesinin 2,6 güneşe eşdeğer olduğunu biliyoruz.
Arizona Üniversitesi'nden Feryal Özel, bu kütle ve nötron yıldızlarının oluşum mekanizması göz önüne alındığında, sonunda bir kara deliğin oluşmasının muhtemel olduğuna inanıyor. Diğerleri, anormal, süper ağır bir nötron yıldızının oluşumu gibi beklenmedik bir sonuç önerdiler. Bununla birlikte, bilim adamlarının nötron yıldızlarının fiziksel özellikleri hakkında bildikleri kadarıyla, bu tür nötron yıldızları bölünecek.
Daha tuhaf bir şey
Sonuç ne olursa olsun, bu büyük çarpışmanın kalıntıları, evrendeki en yoğun nesneler hakkında birçok soruyu gündeme getirdi.
LIGO ekibinin bir üyesi olan California Institute of Technology'den Alan Weinstein, "Hiç kimse 2-5 güneş kütlesine eşdeğer bir nötron yıldızı veya kara delik gözlemlemedi" dedi.
Gökbilimciler, nötron yıldızı patlamasını kaydetmek için Şili'deki Swope ve Magellan teleskoplarını kullandılar: görünür ışık altında, parlak bir nokta aniden belirdi ve sonra söndü. Yaklaşık 7 gün sonra, bu parlak nokta görünür ışığın dalga boyu altında tespit edilemedi.
Fotoğraf izniyle: 1M2H TEAM / UC SANTA CRUZ ve CARNEGIE OBSERVATORIES / RYAN FOLEY
Ek olarak, patlama ve sonrasında insanların tahmin ettiği gibi gerçekleşmedi. Caltech'ten Mansi Kasliwal, gama ışını patlamasının nispeten zayıf olduğunu, önceki benzer olaylardan çok daha zayıf olduğunu söyledi. Ayrıca gama ışını patlamasından sonra X ışınları ve radyo dalgaları daha sonra dedektöre ulaştı.
Kanada'daki McGill Üniversitesi'nden Daryl Haggard, bunun patlamanın ürettiği yüksek hızlı radyasyon akışının doğrudan dünyaya değil, biraz uzakta olduğu anlamına gelebileceğine inanıyor. Ekibi, Chandra X-ray Gözlemevi'ni kullanarak nötron yıldızı füzyonunu gözlemledi.
Veya daha karmaşık olayların meydana geldiği anlamına gelebilir. Kasliwal, patlamadan kaynaklanan yüksek enerjili enkaz kütlesinin ilk jetleri (X ışınları ve radyo dalgaları gibi) engellediğine inanıyor. Bilim adamları, uzun süre gözlemlenebilen radyo dalgalarının bu sorunun çözümüne yardımcı olacağını umuyorlar.
Caltech'ten Gregg Hallinan, "Radyo geç gelmesine rağmen, en sonunu bıraktılar ve bir hediye ile geldiler!"
Ancak, galaksi şu anda güneşe çok yakın olduğundan ve bazı teleskopların gözlemlenmesi çok tehlikeli olacağından, daha fazla gözlemin bir süre beklemesi gerekiyor. Güneşin parlaklığından biraz uzaklaştığında, birçok teleskop büyük çarpışmadan sonra yeniden kalıntıları hedef alacak.
Aynı zamanda, gökbilimcilerin bu kadar çok detayı ilk gözlemlerini kutlayacaklarına da hiç şüphe yok.
"Bu şey 1,3 milyar yıl önce patladı. Bir ay sonra patlasaydı, onu hiç göremezdik. Pek çok dedektör kapatılacak ve güneşin arkasına saklanacaktı."
(Çevirmen: mikegao)
