Northwestern Üniversitesi astrofizikçileri liderliğindeki uluslararası bir bilim insanı ekibi, silikon, kükürt ve argon ile zengin olan daha önce hiç görülmemiş bir patlama yıldız veya süpernova tespit etti. “Son derece soyulmuş süpernova bir silikon ve kükürt oluşum bölgesi ortaya koyuyor” çalışmasında dergide yayınlandı Doğa.
Büyük yıldızlar patladığında, astrofizikçiler tipik olarak hidrojen ve helyum gibi ışık elemanlarının güçlü imzalarını bulurlar. Ancak yeni keşfedilen süpernova, SN2021YFJ olarak adlandırıldı, şaşırtıcı bir farklı kimyasal imza sergiledi.
Gökbilimciler, büyük yıldızların bir soğana benzer katmanlı bir yapıya sahip olduğunu uzun zamandır teorize ettiler. En dış katmanlar ağırlıklı olarak en hafif elementleri içerir. Katmanlar içe doğru hareket ettikçe, elementler en içteki demir çekirdeğe ulaşana kadar daha ağır ve ağırlaşır.
SN2021YFJ’nin gözlemleri, büyük yıldızın bir şekilde dış hidrojen, helyum ve karbon tabakalarını-iç silikon ve kükürt açısından zengin tabakaları içeren-patlamadan önce kaybettiğini gösteriyor. Bu bulgu, yıldız devlerinin uzun zamandır teorik iç katmanlı yapısının doğrudan kanıtlarını sunar ve patlayıcı ölümünden önce büyük bir yıldızın derin iç kısmında eşi görülmemiş bir bakış sağlar.
“Bu ilk kez esasen kemiğe sıyrılmış bir yıldız gördük,” dedi Northwestern’den Steve Schulze.
“Yıldızların nasıl yapılandırıldığını gösteriyor ve yıldızların patlamadan önce çok fazla malzemeyi kaybedebileceğini kanıtlıyor. Sadece en dış katmanlarını kaybetmekle kalmaz, aynı zamanda tamamen aşağı inebilirler ve yine de çok çok uzak mesafelerden gözlemleyebileceğimiz parlak bir patlama üretebilirler.”
“Bu etkinlik tam anlamıyla kimsenin daha önce hiç görmediği hiçbir şeye benzemiyor,” diye ekledi çalışmada kıdemli bir yazar olan Adam Miller.
“Belki de doğru nesneyi gözlemlemediğimizi düşündüğümüz neredeyse tuhaftı. Bu yıldız bize yıldızların evrimleştiğine dair fikirlerimiz ve teorilerimizin çok dar olduğunu söylüyor. Ders kitaplarımızın yanlış olması değil, ama doğada üretilen her şeyi tam olarak yakalamıyorlar. Büyük bir yıldız için düşünmediğimiz hayatını sona erdirmek için daha egzotik yollar olmalı.”
Astronomi’nin en aşırı geçici nesneleri konusunda uzman olan Schulze, Northwestern’in Astrofizikte Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi’nde (Ciera) bir araştırma görevlisidir. Miller, Northwestern’in Weinberg Sanat ve Bilimler Koleji’nde Fizik ve Astronomi Yardımcı Doçenti ve Ciera’nın önde gelen bir üyesi ve NSF-Simons AI Gökyüzü Enstitüsü.
Sıcak, yanan bir soğan
Güneşimizden 10 ila 100 kat daha ağır olan büyük yıldızlar nükleer füzyonla güçlendirilir. Bu süreçte, yıldız çekirdeğindeki yoğun basınç ve aşırı ısı, daha hafif elementlerin birlikte kaynaşmasına ve daha ağır elementler üretmesine neden olur. Çekirdekte sıcaklık ve yoğunluk arttığında, yanma dış katmanlarda başlar.
Yıldız zamanla geliştikçe, çekirdekte art arda daha ağır elemanlar yakılırken, çekirdeği çevreleyen bir dizi kabukta daha hafif elemanlar yakılır. Bu süreç devam eder ve sonunda bir demir çekirdeğine yol açar. Demir çekirdek çöktüğünde, bir süpernova tetikler veya bir kara delik oluşturur.
Masif yıldızlar tipik olarak patlamadan önce katman dökmesine rağmen, SN2021YFJ, bilim adamlarının daha önce tespit ettiklerinden çok daha fazla malzeme çıkardı. “Sıyırılmış yıldızların” diğer gözlemleri, dış hidrojen zarfı kaybolduktan sonra helyum veya karbon ve oksijen katmanlarını ortaya çıkarmıştır. Ancak astrofizikçiler asla bundan daha derin bir şey görmemişlerdi – son derece şiddetli ve olağanüstü bir şeyin oyunda olması gerektiği gibi.
Kozmik bir tuhaflığı kovalamak
Schulze ve ekibi Eylül 2021’de SN2021YFJ’yi keşfetti ve Northwestern’in Zwicky Geçici Tesisine (ZTF) erişimini kullanarak. San Diego’nun hemen doğusunda yer alan ZTF, görünür gece gökyüzünü taramak için geniş alan bir kamera kullanıyor. Lansmanından bu yana, ZTF, astronomik geçişler için dünyanın birincil keşif motoru haline geldi – aniden parlayan ve daha sonra hızla solmuş süpernova gibi fleeting fenomenleri.
ZTF verilerine baktıktan sonra Schulze, Dünya’dan 2,2 milyar ışıkyılı bulunan yıldız oluşturan bir bölgede son derece parlak bir nesne gördü.
Gizemli nesne hakkında daha fazla bilgi edinmek için ekip, dağınık ışığı bileşen renklere ayıran spektrumunu elde etmek istedi. Her renk farklı bir öğeyi temsil eder. Böylece, bir süpernova spektrumunu analiz ederek, bilim adamları patlamada hangi unsurların mevcut olduğunu ortaya çıkarabilirler.
Schulze hemen harekete geçmesine rağmen, spektrum aramaları birden fazla çıkmazda vurdu. Dünyanın dört bir yanındaki teleskoplar ya mevcut değildi ya da net bir görüntü elde etmek için bulutlardan göremedi. Neyse ki, ekip Hawai’i WM Keck Gözlemevi’ndeki enstrümanları kullanarak bir spektrum toplayan bir astronomi meslektaşından bir sürpriz aldı.
Miller, “Bu gözlemleri alma fırsatımızı tamamen kaybettiğimizi düşündük.” Dedi. “Öyleyse, hayal kırıklığına uğradık. Ama ertesi sabah, UC Berkeley’deki bir meslektaşı beklenmedik bir şekilde bir spektrum sağladı. Bu spektrum olmadan bunun garip ve olağandışı bir patlama olduğunu asla fark etmemiş olmayız.”
“İlginç bir patlama gördük, ama ne olduğu hakkında hiçbir fikrimiz yoktu,” dedi Schulze SN2021YFJ. “Neredeyse anında, daha önce hiç görmediğimiz bir şey olduğunu fark ettik, bu yüzden mevcut tüm kaynaklarla çalışmamız gerekiyordu.”
‘Çok şiddetli bir şey olmalıydı’
Tipik helyum, karbon, azot ve oksijen yerine – diğer soyulmuş süpernovalarda bulunan – spektruma güçlü silikon, kükürt ve argon sinyalleri hakimdir. Nükleer füzyon, bu daha ağır unsurları, yaşamın son aşamalarında büyük bir yıldızın derin iç kısmında üretir.
Schulze, “Bu yıldız, yaşamı boyunca ürettiği malzemenin çoğunu kaybetti.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Yani, patlamadan hemen önceki aylarda oluşan materyali görebiliyorduk. Buna neden olmak için çok şiddetli bir şey olmalıydı.”
Bu fenomenin kesin nedeni açık bir soru olmaya devam ederken, Schulze ve Miller nadir ve güçlü bir sürecin oyunda olduğunu öne sürüyor. Potansiyel bir arkadaş yıldızıyla etkileşimler, büyük bir supernova öncesi patlama ve hatta alışılmadık derecede güçlü yıldız rüzgarları gibi birden fazla senaryo araştırıyorlar.
Ancak, büyük olasılıkla, ekip bu gizemli süpernova, büyük bir yıldızın tam anlamıyla ayrılmasının sonucudur. Yıldızın çekirdeği kendi yerçekimi altında içe doğru sıkıldıkça, daha da sıcak ve daha yoğunlaşır.
Aşırı ısı ve yoğunluk daha sonra nükleer füzyonu, o kadar inanılmaz bir yoğunlukla yeniden canlandırır ki, yıldızın dış katmanlarını iten güçlü bir enerji patlamasına neden olur. Yıldız her yeni bir çift-stabilite bölümüne girdiğinde, karşılık gelen darbe daha fazla malzeme dökülür.
Schulze, “En son kabuk ejeksiyonlarından biri, SN2021YFJ olarak gördüğümüz parlak emisyonu üreten önceden var olan bir kabukla çarpıştı.” Dedi.
Miller, “Doğanın bu özel patlamayı nasıl yarattığına dair bir teorimiz olsa da,” dedi. “Hayatımın doğru olduğuna bahse girmem, çünkü hala sadece bir keşfedilmiş örneğimiz var. Bu yıldız, doğalarını ve nasıl oluştuklarını daha iyi anlamak için bu nadir süpernovalardan daha fazlasını ortaya çıkarma ihtiyacının altını çiziyor.”
