Nötron yıldızı çarpışmaları evrenin genişlemesine ışık tutuyor

Son yıllarda astronomi kendisini bir tür kriz içinde gördü: Evrenin genişlediğini ve kabaca ne kadar hızlı gittiğini bilmemize rağmen, bu genişlemeyi ölçmenin iki temel yolu birbiriyle uyuşmuyor. Şimdi Niels Bohr Enstitüsü’nden astrofizikçiler bu gerilimi çözmeye yardımcı olabilecek yeni bir yöntem öneriyorlar.

Evren genişliyor

Bunu yaklaşık 100 yıl önce Edwin Hubble ve diğer gökbilimcilerin çevredeki bazı galaksilerin hızlarını ölçtüğünden beri biliyoruz. Evrendeki galaksiler bu genişleme nedeniyle “itiliyor” ve dolayısıyla birbirlerinden uzaklaşıyorlar.

İki galaksi arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa, birbirlerinden o kadar hızlı uzaklaşırlar ve bu hareketin kesin hızı, modern kozmolojideki en temel niceliklerden biridir. Genişlemeyi tanımlayan sayıya Hubble sabiti denir ve evrene ve onun bileşenlerine ilişkin birçok farklı denklemde ve modelde yer alır.

Galaksiler uzayda az çok sabittir, ancak uzayın kendisi genişliyor. Bu durum galaksilerin giderek artan bir hızla birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Ancak tam olarak ne kadar hızlı olduğu biraz gizemli. Kredi: ISO/L. Calada. Galaksiler uzayda az çok sabittir, ancak uzayın kendisi genişliyor. Bu durum galaksilerin giderek artan bir hızla birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Ancak tam olarak ne kadar hızlı olduğu biraz gizemli. Kredi: ISO/L. Kalada

Hubble sorunu

Evreni anlamak için Hubble sabitini mümkün olduğu kadar kesin olarak bilmemiz gerekir. Bunu ölçmenin birkaç yolu vardır; Yöntemler birbirinden bağımsızdır ancak neyse ki neredeyse aynı sonucu verir.

Yani neredeyse…

Prensipte anlamanın en kolay sezgisel yolu, Edwin Hubble ve meslektaşlarının bir yüzyıl önce kullandıkları yöntemin aynısıdır: bir grup galaksinin yerini belirlemek ve bunların mesafelerini ve hızlarını ölçmek. Uygulamada bu, patlayan yıldızlara sahip galaksilerin veya sözde Süpernova. Bu yöntem, sözde düzensizlikleri analiz eden başka bir yöntemle desteklenmektedir. Kozmik arka plan radyasyonu; Kısa bir süre sonrasına dayanan eski bir ışık biçimi büyük patlama.

İki yöntem (süpernova yöntemi ve arka plan radyasyon yöntemi) her zaman biraz farklı sonuçlar verdi. Ancak her ölçüm belirsizliklerle birlikte gelir ve birkaç yıl önce belirsizlikler, eşitsizlikten onları sorumlu tutacak kadar büyüktü.

Sol yarıküre, 1572’de Tycho Brahe tarafından keşfedilen süpernovanın genişleyen kalıntısını gösteriyor; burada X ışınlarıyla görülüyor (Kaynak: NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes ve diğerleri). Sağda, mikrodalgalarda gözlemlenen, gökyüzünün yarısından yayılan kozmik arka plan radyasyonunun bir haritası bulunmaktadır. Katkıda bulunanlar: NASA/WMAP Bilim Ekibi

Ancak ölçüm teknikleri geliştikçe belirsizlikler azaldı ve artık ikisinin de doğru olamayacağını yüksek bir güvenle söyleyebileceğimiz bir noktaya ulaştık.

Bu “Hubble probleminin” kökü – bilinmeyen etkilerin sistematik olarak sonuçlardan birini saptırması mı, yoksa henüz keşfedilmemiş yeni bir fiziğe mi işaret etmesi – şu anda astronomideki en sıcak konulardan biri.

Kalıcı Hubble paradoksu

Evrenin genişlemesi, milyon ışık yılı başına saniyede 20 kilometrenin biraz üzerinde olan “mesafe başına hız” ile ölçülür. Bu, 100 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir galaksinin bizden 2000 km/s hızla, 200 milyon ışıkyılı uzaklıktaki bir başka galaksinin ise 4000 km/s hızla bizden uzaklaşması anlamına geliyor.

Bununla birlikte, galaksilerin mesafelerini ve hızlarını ölçmek için süpernova kullanmak 22,7 ± 0,4 km/s ile sonuçlanırken, kozmik arka plan radyasyonunu analiz etmek 20,7 ± 0,2 km/s ile sonuçlanır.

Bu kadar küçük bir anlaşmazlığa dikkat etmek sıkıcı görünebilir ancak çok önemli olabilir. Örneğin, bu sayı evrenin yaşının hesaplanmasında ortaya çıkıyor ve iki yöntem sırasıyla 12,8 ve 13,8 milyar yıllık bir yaş üretiyor.

Kilonova: ölçüme yeni bir yaklaşım

En büyük zorluklardan biri galaksilere olan mesafelerin doğru bir şekilde belirlenmesinde yatmaktadır. Ancak yeni bir çalışmada, Kopenhag’daki Niels Bohr Enstitüsü Kozmik Şafak Merkezi’nde astrofizik alanında doktora öğrencisi olan Albert Snippen, mesafeleri ölçmenin devam eden anlaşmazlığın çözümüne yardımcı olabilecek yeni bir yolunu öneriyor.

Albert Snepen şöyle açıklıyor: “İki son derece kompakt nötron yıldızı – kendileri de süpernova kalıntıları – birbirinin yörüngesinde dönüp sonunda birleştiğinde, yeni bir patlamayla patlarlar; buna kilonova denir.” “Bu simetri sadece güzel değil, aynı zamanda inanılmaz derecede kullanışlı.”

içinde Üçüncü çalışma Kısa süre önce yayınlanan üretken doktora öğrencisi, karmaşık olmasına rağmen kilonovaların tek bir sıcaklıkla tanımlanabileceğini gösteriyor. Kilonovanın simetrisi ve basitliği, gökbilimcilerin onun ne kadar ışık yaydığını tam olarak çıkarmasına olanak tanıyor.

Araştırmacılar, bu parlaklığı Dünya’ya ulaşan ışık miktarıyla karşılaştırarak kilonovanın ne kadar uzakta olduğunu hesaplayabiliyor. Böylece kilonova içeren galaksilere olan mesafeyi hesaplamak için yeni ve bağımsız bir yöntem elde ettiler.

Darach Watson, Kozmik Şafak Merkezi’nde doçent ve çalışmanın ortak yazarıdır. “Şu ana kadar galaksiler arasındaki mesafeleri ölçmek için kullanılan süpernovalar her zaman aynı miktarda ışık yaymıyor” diye açıklıyor. “Ayrıca, önce Sefeid yıldızları adı verilen başka bir yıldız türünü kullanarak mesafeyi kalibre etmemizi gerektiriyorlar. bunun da kalibre edilmesi gerekiyor.” Kilonovaları kullanarak ölçümlerde belirsizliğe neden olan bu komplikasyonları aşabiliriz.

Ön sonuçlar ve gelecekteki adımlar

Astrofizikçiler, potansiyelini kanıtlamak için bu yöntemi 2017 yılında keşfedilen bir kilonovaya uyguladılar. Sonuç, Hubble sabitinin arka plan radyasyon yöntemine daha yakın olduğu, ancak kilonova yönteminin Hubble problemini çözüp çözemeyeceği konusunda araştırmacılar henüz şunu söylemeye cesaret edemiyor:

Albert Sneben, “Şu ana kadar yalnızca bir vaka çalışmamız var ve güçlü bir sonuca varmadan önce daha fazla örneğe ihtiyacımız var” diye uyarıyor. “Ancak bizim yöntemimiz en azından bilinen bazı belirsizlik kaynaklarını atlıyor ve üzerinde çalışılması son derece ‘temiz’ bir sistem. Herhangi bir kalibrasyon veya düzeltme faktörü gerektirmiyor.”

Referans: Albert Snepen, Darach Watson, Dovi Poznanski, Oliver Gast, Andreas Bauszyn ve Radoslaw Wojtak tarafından yazılan “Genişleyen fotosfer yöntemini kullanarak Hubble sabitinin kilonovat cinsinden ölçümü”, 2 Ekim 2023, Astronomi ve astrofizik.
doi: 10.1051/0004-6361/202346306