Fermi misyonu olası kardeş süpernova kalıntılarını ortaya çıkarıyor

Yıldızların patlamasından sonra geride kalan enkaz olan iki süpernova kalıntısı üzerinde yapılan yeni bir çalışma, patlamaların bir zamanlar birbirlerinin yörüngesinde dönen yıldız kardeşlerinden geldiğini öne sürüyor. İlk yıldızın patlaması, ikili yoldaşını uzayda fırlattı ve ardından, binlerce yıl yolculuk yaptıktan sonra hayatta kalan yıldız da patladı.

Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesi fizik bölümünde doktora sonrası araştırmacı olan Miltiadis Michailidis, “NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu’ndan elde edilen 16 yıllık verileri kullanarak yaptığımız analiz, komşusu, bilinen en parlak gama ışını yayan süpernova kalıntılarından biri olan Denizanası Bulutsusu’nun parıltısında gizlenmiş bir süpernova kalıntısıyla ilişkili gama ışınlarını ortaya çıkardı” dedi. “İki kalıntı arasında o kadar çok çarpıcı bağlantı var ki bunların muhtemelen ilişkili olduğu sonucuna vardık, bu da bize her iki yıldızın da süpernova patlamasına uğradığı ikili sistemin bilinen ilk örneğini veriyor.”

Michailidis bulgularını Çarşamba günü Pasadena, California’daki Amerikan Astronomi Topluluğu’nun 248. toplantısında sundu. Sonuçları açıklayan bir makale gelecekteki bir baskıda yer alacaktır. Doğa İletişimi.

Çalışma, çoğunlukla X-ışınlarında görülebilen, G189.6+3.3 adı verilen soluk bir süpernova kalıntısına odaklandı. Daha parlak ve daha iyi bilinen komşusu Denizanası Bulutsusu (IC 443) onu geride bırakıyor. Her ikisi de İkizler takımyıldızında bulunan iki yıldız enkazı, X-ışınlarında görüldüğü gibi kısmen örtüşüyor gibi görünüyor. Son zamanlardaki X-ışını kanıtları, muhtemelen G189.6+3.3 ile ilişkili sıcak plazmanın tüm bölgeye yayılabileceğini gösteriyor; bu da örtüşmenin neredeyse tamamen olabileceğine dair bir ipucu.

Devasa bir yıldız, enerji üreten çekirdeğinin yakıtı bittiğinde ve kendi ağırlığı altında çöktüğünde patlar ve yıldızı parçalayan bir patlamayı tetikler. Patlamanın şok dalgası, hızla uzaya doğru genişleyen sıcak bir enkaz bulutunu çevreliyor. Şu ana kadar gökbilimciler galaksimizdeki yaklaşık 300 süpernova kalıntısını katalogladılar.

Fermi misyonu, insanlığın evrenin nasıl çalıştığını daha iyi anlamasına yardımcı olmak için değişen evreni izleyen NASA’nın gözlemevleri filosunun bir parçasıdır. On yıldan fazla bir süre önce, Fermi’nin LAT’ından (Geniş Alan Teleskobu) yapılan gözlemler, süpernova kalıntılarının şok dalgalarının parçacıkları ışık hızının çok küçük bir kısmına kadar hızlandırdığını gösterdi; bu süreç ilk olarak 1949’da görevin adı olan fizikçi Enrico Fermi tarafından önerildi.

Kozmik ışınlar olarak adlandırılan bu yüksek hızlı parçacıklar, ışığın en yüksek enerjili formu olan gama ışınlarını üretmek için yıldızlararası gazla etkileşime girer. Protonlar kozmik ışın parçacıklarının %99’unu oluşturur. Parıltıdan hızlandırılmış protonların sorumlu olduğunu kanıtlamak için gökbilimciler belirli bir gama ışını özelliği arıyorlar. Kozmik ışın protonları yıldızlararası gaza çarptığında, nötr pion adı verilen kısa ömürlü bir parçacık üretirler ve bu parçacık neredeyse anında bir çift gama ışınına bozunur. Bu emisyon, nötr pion’un kütlesiyle ilişkili belirli bir enerji bandı içinde meydana gelir ve Fermi’nin LAT cihazı tarafından tespit edilen aralık içinde yer alır.

2013 yılında Fermi gözlemleri, Sharpless 249 olarak bilinen parlak bir hidrojen gazı bulutunun bir kısmı ile etkileşime giren Denizanası Bulutsusu’nun bu mekanizma aracılığıyla gama ışınları ürettiğini kanıtladı. Komşusu G189.6+3.3, 1994 yılında Alman liderliğindeki ROSAT (Roentgen Uydusu) misyonunun X-ışını araştırmasının bir parçası olarak keşfedildi.

Üst üste binen kalıntıların arasında parlak bir gaz filamenti yatıyor. Bu özelliğe ilişkin yeni gözlemler, G189.6+3.3’ten gelen şok dalgasının buradaki yoğun yıldızlararası gaza çarptığını ve önemli ölçüde yavaşladığını ortaya koyuyor; bu, her iki kalıntının da aynı bulut sistemiyle etkileşime girdiğinin temel kanıtı.

Gökbilimciler Denizanası Bulutsusu’nun aynı zamanda protonları neredeyse galaksimizden kaçabilecek kadar yüksek enerjilere çıkarabilen kozmik parçacık hızlandırıcısı olan PeVatron adayı olduğunu düşünüyor. Bu tür parçacıklar, görünür ışıktan trilyonlarca kat daha fazla enerjiye sahip gama ışınları üretebilmektedir. Denizanası Bulutsusu yakınında ikinci bir parçacık hızlandırıcının bulunması, bilim adamlarına süpernova kalıntılarının PeVatron’lara nasıl dönüştüğü konusunda yeni ipuçları sunabilir.

Bordeaux Üniversitesi’ndeki Fransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nde (CNRS) astrofizikçi olan ortak yazar Marianne Lemoine-Goumard, “Üst üste binen kalıntılar, bağlantılı bir gaz filamanı ve Fermi ve diğer tesislerden elde edilen verilerin varlığı, bizi bu karmaşık ancak az çalışılmış bölgeyi araştırmaya motive etti” dedi. “Fermi’nin LAT cihazıyla, daha sönük kalıntının kuzey kısmındaki hızlandırılmış protonlarla ilişkili gama ışını emisyonunu bulduk. Her iki kalıntı da aynı yapıyla etkileşime giriyorsa, o zaman bizden ortak bir mesafeyi paylaşıyorlar demektir.”

Ekip, kalıntıların yaklaşık 6000 ışıkyılı uzaklıkta olduğu, patlama merkezlerinin gökyüzü düzlemine yansıtılan yaklaşık 40 ışıkyılı uzaklıkta olduğu ve orijinal yıldızların güneşin kütlesinin 20 veya daha fazla katı olabileceği sonucuna varıyor.

Kalıntıların yaşlarına ilişkin tahminler büyük farklılıklar gösteriyor ancak ekip, Denizanası Bulutsusu’nun yaşının 8.000 ila 9.000 yıl, G189.6+3.3’ün ise 20.000 ila 110.000 yıl olduğu sonucuna varıyor. Bu, patlamalar arasındaki gecikmenin 100.000 yıla kadar uzayabileceği anlamına geliyor.

Ekip ayrıca bir milyon devasa ikili sistemin bilgisayar simülasyonlarını gerçekleştirdi. Yıldızların madde alışverişi yapacak kadar yakın yörüngede olduğu ve yaşamları boyunca etkileşime girdiği sistemlerin, kalıntılar için bulunanlara benzer ayrılmalar ve zaman gecikmeleri ile ikili süpernova patlamalarını kolaylıkla üretebileceğini gösteriyorlar. Ekip ayrıca, gözlemlenen uzaysal hizalama ve uyumlu mesafelerin bu kombinasyonuyla rastgele karşılaşma şansının %1’den az olduğunu ve bunun da fiziksel bir ilişkiyi güçlü bir şekilde desteklediğini tahmin etti.

Michailidis, “Spektrumda gözlemler, kalıntıların kimyasal ve fiziksel özellikleri, simülasyonlar ve daha fazlasını içeren derlediğimiz kanıtlar, ikili bir süpernova olayının ilgi çekici bir resmini çiziyor” dedi.

Bu çalışma, her iki yıldızın da süpernova olarak patladığı ve geride ayrı, tespit edilebilir süpernova kalıntıları bıraktığı ikili sistemin benzersiz bir olası örneğini tanımlamaktadır. Gökbilimciler, büyük kütleli yıldızların çoğunun ikili veya çoklu yıldız sistemlerinde oluştuğunu düşünüyor.

Denizanası Bulutsusu/G189.6+3.3 kompleksi, gökbilimcilere devasa ikili yıldızların nasıl evrimleştiğini, madde alışverişinde bulunduğunu, patladığını ve süpernova patlamasının neden olduğu tekme adı verilen hız değişikliklerini nasıl deneyimlediğini incelemek için nadir bir fırsat sunuyor. Aynı zamanda, parçacıkları nasıl hızlandırdıkları, gama ışınları ürettikleri ve çevrelerindeki ortamları nasıl şekillendirdikleri de dahil olmak üzere, birleşmiş süpernova kalıntılarının nasıl davrandığını anlamak için yeni ve güçlü bir laboratuvar sağlıyor.

NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde Fermi projesi bilimcisi olan Elizabeth Hays, “Fermi’nin süpernova kalıntılarına ilişkin gama ışını gözlemleri, yıldızların dinamik yaşamlarını ortaya çıkarmaya devam ediyor” dedi. “Artık iki büyük yıldızın parlayan kalıntılarını, binlerce yıl boyunca birlikte gelişen güçlü bir çifte bağlayabiliriz.”