Gizemli X-ışınları, 2017 nötron yıldızı birleşmelerinden elde edilen kilonova ‘son parıltısı’ olabilir

2017 yılında, gökbilimciler olarak bilinen bir fenomen keşfettiler.kilonova“: Güçlü gama ışını patlamaları eşliğinde iki nötron yıldızının birleşmesi. Üç buçuk yıl sonra, astrofizikçiler ‘kilonova sonrası parıltının’ ilk tespiti olabileceğine inandıkları gizemli bir X-ışını keşfettiler.” Astrofizikçiler, birleşmeden sonra oluşan kara deliğe düşen maddenin ilk gözlemi olabilirler.

olarak bizi bilgilendir Önceden, LIGO’yu keşfedin yerçekimi dalgaları aracılığıyla lazer interferometrisi. Bu yöntem, kilometrelerce uzakta bulunan iki nesne arasındaki mesafedeki küçük değişiklikleri ölçmek için yüksek güçlü lazerler kullanır. (LIGO’nun Hanford, Washington ve Livingston, Louisiana’da dedektörleri vardır. İtalya’da Advanced VIRGO olarak bilinen üçüncü bir dedektör 2016 yılında devreye alınmıştır.) Üç dedektöre sahip olmak, bilim adamlarının herhangi bir gece gökyüzü cıvıltısının nereden geldiğini tam olarak belirleyebileceği anlamına gelir.

Yedi ikili kara delik birleşmesine ek olarak, LIGO’nun 30 Kasım 2016’dan 25 Ağustos 2017’ye kadar olan ikinci çalışmasını keşfedin, nötron yıldızları arasındaki ikili füzyon tek seferlik gama ışını patlaması ve elektromanyetik spektrumun geri kalanındaki sinyaller. Olay artık GW170817 olarak biliniyor. Bu sinyaller, çarpışmanın yarattığı ağır elementlerin – özellikle altın, platin ve uranyum – belirtilerini içeriyordu. Daha hafif elementlerin çoğu, süpernova olarak bilinen büyük kütleli yıldızların boğucu patlamalarında oluşur, ancak gökbilimciler uzun zamandır iki nötron yıldızı çarpıştığında üretilen kilonovadan daha ağır elementlerin kaynaklanabileceğini varsaymışlardır.

Kilonova’nın 2017’deki keşfi, bu gökbilimcilerin haklı olduğuna dair kanıt sağladı. Bu tür bir gök olayının kaydı emsalsizdi ve resmi olarak sözde yeni bir çağın başlangıcını işaret ediyordu.Astronomi çoklu mesaj. “

O zamandan beri, gökbilimciler, LIGO/VIRGO, nötron yıldızı birleşmelerinin veya nötron yıldızları ile bir kara delik arasındaki potansiyel birleşmelerin yerçekimsel dalga sinyalini aldığında eşleşen bir optik imza arıyorlar. Varsayım, kara delik ve kara delik birleşmelerinin herhangi bir optik imza üretemeyeceğiydi, bu nedenle 2020’ye kadar bir tane aramanın bir anlamı yoktu. İşte o zaman gökbilimciler bulundu. ilk rehber Böyle bir fenomen için. Gökbilimciler, yerçekimi dalgası verilerini otomatik bir gökyüzü araştırması sırasında toplanan verilerle birleştirerek keşfi yaptılar.

Ancak yeni makalenin baş yazarı ve Northwestern Üniversitesi’nde yüksek lisans öğrencisi olan Abrajita Hajela’ya göre Kilonova 2017 benzersizliğini koruyor. Hajela Kilonova’yı arar “Türünün tek olayı” ve “alanımızdaki birkaç ilk gözlemden oluşan bir hazine sandığı”. Northwestern ve California Üniversitesi, Berkeley’deki diğer gökbilimcilerle birlikte, uzay tabanlı uzay aracı kullanılarak LIGO/Virgo tarafından ilk keşfedildiğinden beri GW170817’nin evrimini izliyor. Chandra Röntgen Gözlemevi.

Chandra, 900 gün süren birleşmeden iki hafta sonra GW170817’den gelen X-ışını ve radyo emisyonlarını ilk kez tespit etti. Ancak, ışık hızına yakın füzyondan bir jet tarafından desteklenen bu ilk X-ışınları, 2018’in başlarında solmaya başladı. Ancak Mart 2020’den o yılın sonuna kadar, parlaklıktaki keskin düşüş durdu ve X-ışını emisyonu sabit oldu Parlaklık açısından biraz.

Hajela ve ekibi, gizemi çözmeye yardımcı olmak için, birleşmeden 3,5 yıl sonra Aralık 2020’de hem Chandra hem de Çok Büyük Dizi (VLA) ile ek gözlemsel veriler topladı. Şaşırtıcı derecede güçlü ve parlak bir X-ışını emisyonu bildirimi üzerine sabah 4’te uyanan Hajela’ydı – bu noktada emisyonlar yalnızca jet tarafından destekleniyor olsaydı beklenenden dört kat daha yüksekti. (VLA herhangi bir radyo emisyonu tespit etmedi.) Bu yeni emisyonlar 700 gün boyunca sabit bir seviyede kaldı.

Bu, tamamen farklı bir X-ışını kaynağının onlar için enerji kaynağı olması gerektiği anlamına gelir. Olası bir açıklama, birleşmeden kaynaklanan genişleyen enkazın, jetlerin yanı sıra sonik patlamaya benzer bir şok dalgası oluşturmasıdır. Bu durumda, birleşen nötron yıldızları anında bir kara deliğe dönüşemezler. Bunun yerine, yıldızlar bir saniyeliğine hızla dönerler. Bu hızlı dönüş, şok dalgasının itici gücü olan Kilonova’nın ağır mermilerinin hızlı bir kuyruğunu oluşturmaya yetecek kadar kısa bir süre yerçekimi çöküşüne karşı koyabilirdi. Bu ağır mermiler zamanla yavaşladıkça, kinetik enerjileri şoklarla ısıya dönüştü.

“Düşeceksin. Bitti.”

“Birleşen nötron yıldızları, bir ara faz olmadan doğrudan bir kara deliğe çökecek olsaydı, şu anda gördüğümüz aşırı X-ışınlarını açıklamak çok zor olurdu, çünkü nesnelerin yüksekte uçarak geri sıçrayacağı katı bir yüzey olmazdı. bu auroraları yaratmak için hızlar.” Ortak yazar Raffaella Margutti söyledi Berkeley’deki California Üniversitesi’nden. “Düşeceksin. Bitti. Bilimsel olarak heyecanlanmamın gerçek nedeni, uçaktan daha fazlasını görebileceğimiz için. Sonunda yeni kompakt nesne hakkında biraz bilgi alabiliriz.”

Columbia Üniversitesi’nden Brian Metzger alternatif bir senaryo önerdi: X-ışını emisyonu, füzyon sırasında oluşan arka yarığa düşen malzeme tarafından tetiklenebilir. Bu aynı zamanda bilimsel bir ilk, dedi Hagel, çünkü bu tür uzun vadeli birikim daha önce gözlemlenmedi.

Şu andan itibaren planlanan daha fazla gözlem var ve bu veriler sorunun çözülmesine yardımcı olacak. X-ışınları ve radyo emisyonları önümüzdeki birkaç ay veya yıl içinde parlarsa, bu kilonova aurora senaryosunu doğrulayacaktır. X-ışını emisyonları, eşlik eden radyo emisyonları olmadan keskin bir şekilde azaldıysa veya sabit kaldıysa, bu, büyüyen kara delik senaryosunu doğrular.

Ne olursa olsun, “bu, bir kilonova aurorasını ilk kez veya bir nötron yıldızı birleşmesinden sonra maddenin bir kara deliğe düştüğünü ilk görüşümüz olacak,” Ortak yazar Joe Bright şunları söyledi:Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’de doktora sonrası. “Her iki sonuç da çok heyecan verici olmaz.”

DOI: The Astrophysical Journal Letters, 2022. 10.48550 / arXiv.2104.02070 (DOI’ler hakkında).