Patlayan bir yıldızdan daha dramatik bir şey var mı? Gökyüzünü aylarca aydınlatabilen olağanüstü derecede parlak, enerjik olayların ötesinde, bu patlamalar evrende önemli roller oynuyor. Süpernovalar ağır elementler yaratır ve onları çevrelerine yayar, böylece gezegen ve yıldız oluşumunun bir sonraki turunda alınabileceklerdir.
Patlama dalgaları aynı zamanda çevredeki gazı da sıkıştırarak daha fazla yıldız doğumunu tetikler. Her yeni yıldız oluştuğunda evren zar atıyor ve eğer doğru sayılar gelirse bu yıldızlardan birinin etrafında hayata ev sahipliği yapabilecek potansiyele sahip bir gezegen oluşabilir. Astrofizikçilerin SN patlamalarıyla bu kadar ilgilenmelerinin nedeni budur.
Süpernova patlamaları temiz ve düzenli olmaktan başka bir şey değildir. Yıldızlar esas olarak dışarıya doğru olan radyasyon kuvvetleri ile içe doğru olan çekimsel çekimleri arasında dengeleyici hareketlerdir. Bu kuvvetler güneşimizde olduğu gibi milyarlarca yıl boyunca dengede kalabilir. Ancak yıldızlar hidrojeni helyuma dönüştürdükçe yavaş yavaş ve önlenemez bir biçimde kütle kaybederler.
Bu kütle kaybı istikrarsızlığa yol açar. Yaşlanan yıldızlar titreşimlerden geçerek, yıldızın etrafında yıldız çevresi ortamı (CSM) oluşturan malzeme dalgalarını serbest bırakır. Sarsıntılar yıldızı sarstıkça kabuklara daha fazla malzeme yayar. Sonunda yıldız artık kendisini destekleyemez ve Güneş’ten birkaç kat daha büyük yıldızlarda, yıldız kendi kütlesini destekleyemediğinden bir patlama olur ve kendi üzerine çöker.
Son patlama, CSM’ye çarpan güçlü bir patlama dalgası yayar. Bu patlamadaki yıldız rüzgarlarını modellemenin zor olduğu kanıtlandı. Ancak bunu doğru yapmak önemlidir, çünkü bir süpernovadan gelen ışık sinyalinin büyük bir kısmı CSM ile rüzgar arasındaki etkileşim tarafından üretilir.
Astrofizikçiler bu rüzgarları modellemek için çok çalıştılar ve önceki modeller onları sabit, yumuşak bir kuvvet olarak gösteriyordu. Ancak gözlemler her zaman bunu desteklemedi. Yeni araştırma, CSM’ye çarpan bu rüzgarları daha karmaşık bir şekilde modelledi. Modellemeden elde edilen sonuçlar, süpernova patlamalarını gözlemlemek ve incelemek için yeni bir yol sağlayabilir.
Araştırmanın başlığı “Etkileşen süpernovalar ve onları nerede bulabiliriz?” Dergide yayımlanacak Astronomi ve Astrofizik ve şu anda arXiv ön baskı sunucusunda çevrimiçi olarak mevcuttur. Baş yazar, Almanya Potsdam Üniversitesi Fizik ve Astronomi Enstitüsü’nden Robert Brose’dur.
Araştırmacılar, “Süpernova patlama dalgalarının yıldız çevresindeki materyalle erken etkileşimi, parçacıkları PeV enerjilerine hızlandırma potansiyeline sahip, ancak bu henüz tespit edilmemiş” diye yazıyor. PeV, Peta-elektron Volt anlamına gelir ve gama ışınlarının alanıdır. “Bu etkileşime yönelik mevcut modeller, patlama dalgasının düzgün, serbestçe genişleyen bir yıldız rüzgarına doğru genişlediğini varsayıyor, ancak birçok süpernovaya ilişkin çoklu dalga boyundaki gözlemler bu varsayımı desteklemiyor.”
Brose ve meslektaşları, daha pürüzsüz, özelliksiz CSM yerine daha karmaşık yoğunluk profillerine sahip CSM’ye çarpan patlama dalgalarını modelleyerek önceki araştırmacıların çalışmalarını genişletti. Bunlar, süpernovanın öncü yıldızından farklı uzaklıklarda bulunan yoğun, çok katmanlı CSM kabuklarını içeriyordu.
“Yıldız çevresi etkileşiminin gama ışını ve çok dalga boylu izlerini tahmin etmeyi amaçlıyoruz” diye açıklıyorlar.
Rüzgar ve CSM arasındaki etkileşimin, bir süpernova kalıntısından gama ışını üretiminde önemli bir artış yaratabileceğini buldular. Bu yüksek gama ışını üretimi uzun süre devam edebilir ve zirve noktası patlamadan yıllar sonra ortaya çıkabilir. Tip-IIP ve Tip-IIn süpernovadan gelen bazı SN kalıntıları türleri için parlaklık, yumuşak yıldız rüzgarlarından gelen parlaklığı birkaç kat aşabilir.
Tip IIn süpernovası, dar hidrojen çizgilerine sahip çekirdek çöküşü süpernovasıdır. Işıklarının çoğu, bir kabuğa ulaşan ve onunla etkileşime giren patlama dalgalarından geliyor. Tip IIP süpernovada P, plato anlamına gelir; bu, ışık emisyonlarının bir platoya ulaştığı anlamına gelir ve emisyonlarının düşüş sırasında sabit bir duruma ulaştığını gösterir.
Yazarlar, “Tip-IIP patlamaları için, ışık eğrisi zirvesine patlamadan yıllar sonra, patlama dalgası yıldız çevresindeki kabuğa ulaştığında ulaşıyor” diye yazıyor.
Araştırmacılar, patlama dalgaları CSM’ye çarptığında SN’den beklenebilecek karmaşık, çok dalga boylu ışık imzalarını incelediler. Radyodan gelen ışığı, optiğe ve X ışınlarına kadar değerlendirdiler.
Ancak kritik sonuç gama ışınlarıyla ilgilidir. Bir SN’deki en enerjik süreçlerden gelirler. Patlama dalgasında oluşturulan farklı izotoplar, farklı parmak izlerine sahip gama ışınları oluşturur ve bunlar, hangi reaksiyonların meydana geldiğini açıklayabilir. Çekirdek çöküşü süpernovalarında gama ışınları, patlamayı sağlayan motor olan SN’nin orta kısmında neler olduğunu da ortaya çıkarabilir. Bu çalışma, gama ışınlarının düşünülenden çok daha sonra zirveye çıkabileceğini gösteriyor.
Araştırma, gama ışınlarının, en azından bazı öncü türler için, patlamadan itibaren onlarca Megaparsek boyunca tespit edilebilir olması gerektiğini gösteriyor. Brose ve ortak araştırmacıları, bu SN’yi yüksek tempolu optik araştırmalar ve sürekli radyo ve milimetre dalga boyu izleme ile bulabilecek gözlem stratejileri önermektedir. Bu sayede gama ışını gözlemevleriyle takip gözlemleri için umut verici hedefler bulunabilir.
Başlangıçta gama ışını gözlemevleri tarafından çok az sayıda SN tespit edildi. SN genellikle diğer dalga boylarındaki diğer teleskoplar tarafından tespit edilir ve daha sonra gama ışını gözlemevleri daha ileri çalışmalar için onları hedef alır. Bu araştırma farklı bir yaklaşım önermektedir.
Yazarlar, “Gama ışını emisyonunun geç zirvesi, IACT’lerin mevcut gözlem stratejileriyle çelişiyor” diye yazıyor. IACT’ler Atmosferli Çerenkov Teleskoplarını Görüntülüyor. Gama ışınlarını Dünya atmosferine çarptığında tespit ederler ve fizikçilerin bunları yörüngedeki gama ışını teleskoplarının erişemeyeceği enerji rejimlerinde tespit etmelerine olanak tanırlar. Gama ışınlarının gözlemini genişletirler.
Araştırmacılar, “Gama ışını emisyonundan sonra zirveye çıkan optik ve X-ışınlarındaki termal emisyonu değerlendirdikten sonra, yoğun kabuklarla etkileşime giren en ekstrem TypeIIP’leri yakalamak için potansiyel olarak uygun bir araç olarak yüksek tempolu optik araştırmaları belirledik” diye açıklıyor.
“Yakın evrendeki düşük örnek boyutları ve gerekli kısa gözlem süreleri nedeniyle, yakınlardaki SNe’nin patlamalarından sonraki birkaç yıl boyunca sistematik bir radyo ve mm izlemesi, geç kabuk etkileşimlerini tanımlamak için de değerli olabilir.”
