Astronomi tarihinde bir ilk: İki nötron yıldızının çarpışması gözlemlendi

Okuma süresi: 4 dakika

Gökbilimciler, geçtiğimiz ay açıklanan araştırmanın verilerini doğrulayarak, iki nötron yıldızının çarpışmasıyla oluşan kütleçekim dalgalarının varlığını doğrulamayı başardı. Astronomide iki nötron yıldızının veya bir nötron yıldızı ile bir karadeliğin birleşmesine ‘kilonova’ adı veriliyor. İki çok yoğun kütleye sahip gök cisminin birleşmesi sonucunda altın ve platin gibi ağır metaller uzay boşluğuna saçılıyor. Geçtiğimiz ay tespit edilen ve bu hafta kesinleşen iki nötron yıldızının çarpışmasıyla oluşan kütle çekim dalgaları, kısa gama ışını patlamalarının nötron yıldızlarının birleşmesiyle oluştuğuna dair en büyük kanıtı oluşturdu.

17 Ağustos 2017 tarihinde, ABD Ulusal Bilim Derneği’ne bağlı LIGO tesisi, VIRGO Enterfrometresi ile Dünya’dan geçen kütleçekim dalgalarını yakaladı. Beşinci kez tanık olunan keşfe GW170817 adı verildi. ABD ve İtalya’da yapılan tespitten sadece iki saniye sonra, NASA Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu ile Gamma Işını Astrofizik Laboratuvarı (INTEGRAL), uzayın aynı köşesinden gelen kısa gama-ışını patlaması tespit etti. Böylece, astronomlar ilk kez hem kütleçekim dalgalarının hem de ışığın (elektromanyetik radyasyon) aynı kozmik olaydan kaynaklandığına tanık oldu.

Swift Morötesi/Optik Teleskobu ile 18 Ağustos 2017’de yapılan 15 saatlik gözlem ile kilonova patlaması böyle gözlemlendi. [NASA/Swift]

“Yeni bir çağın başlangıcına tanık olduk”

Kütleçekim dalgalarının ve gama ışınlarının kaynağı olan bölge, gece bastırdığında Şili’nin Atacama Çölün’deki Paranal Gözlemevi teleskopları tarafından tarandı. Gözlemlerde Paranal’da yer alan ESO VISTA (Görünür ve Kızılötesi Astronomi Gözlem Teleskobu), VLT Gökyüzü Tarama Teleskobu (VST), La Silla Gözlemevi’nde yer alan İtalyan REM, Las Cumbres Gözlemevi’ndeki 0.4 metrelik teleskop ve Cerro Tololo Inter-American Gözlemevi’ndeki American DECam teleskobu kullanıldı.

Milyonlarca yıldızın yer aldığı alandaki taramalar, Su Yılanı (Hydra) takımyıldızındaki NGC 4993 galaksisine işaret etti. VISTA tarafından yapılan kızılötesi gözlemler, kaynağın NGC 4993 olduğunu doğruladı. Gözlemleri desteklemek için Hawaii’de Mauna Kea Gözlemevi ve Pan-STARRS ve Subaru teleskopları da kullanıldı.

GW170817’de yaşanan kilonovanın Hubble Uzay Teleskobu ile elde edilen görüntüsü. [NASA/CXC/E. Troja]
Nature dergisinde yer alan araştırmanın baş yazarı, İtalya Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nde (INAF) Elena Pian, “Bir bilim insanının yeni bir çağın başlangıcına tanık ettiği nadir zamanlar vardır… Bu öyle bir zaman” ifadesini kullandı.

Kütleçekim dalgalarının astrofizikte başlattığı çağın tanığı olan 70 teleskobun arasında, Hubble ve Şili’deki ALMA dizini de yer alıyor. Kütleçekim dalgalarına ait veilerile ile diğer gözlemler, GW170817’nin NGC 4993 ile Dünya’dan aynı mesaefade, 130 milyon ışık yılı ötede olduğunu doğruladı. Böylece, bugüne dek Dünya’ya en gerçekleşen kütleçekim dalgaları ile gama ışın patlamaları tespit edilmiş oldu.

Bilimin 2016’daki en büyük keşfi: Kütleçekim dalgaları
İlk kez 17 Ağustos’ta LIGO tarafından tespit edilen kilonova, takip eden 12 saat boyunca onlarca teleskop ile takibe alındı. Hubble Uzay Teleskobu’nun ilerleyen günlerde elde ettiği görüntü böyle belirdi. [NASA/ESA]

“Kilonova”nın renkleri astronomları büyüledi

Uzay-zamandaki dalgalanmalar olarak ifade edilen kütleçekim dalgaları, hareket eden gök cisimleri ile meydana geliyor. Sahip olduğumuz mevcut teknoloji, sadece çok büyük gök cisimlerinin ani hareketleriyle ortaya çıkardığı kütleçekim dalgalarını tespit edebiliyor. Güneş’ten çok daha büyük yıldızların süpernova sonrasındaki halini temsil eden nötron yıldızları, şiddetli kütleçekim dalgaları oluşturmak için biçilmiş kaftan. İki nötron yıldızının birleşmesiyle ortaya çıkan patlama, tipik bir süpernovanın 1,000 katına eşdeğer. Kilonova olarak adlandırılan bu olay, tespit edilen birleşmeyi takip ediyor.

Nötron yıldızlarının birleşmesi, kısa gama ışını patlamalarının kaynağı olarak kabul ediliyordu. GW170817 bu hipotezi doğrularken, ilk olarak 30 yıl önce öne sürülen kilonova da ilk kez bir gözlemle doğrulandı. İki nötron yıldızının birleşmesinin ardından, kilonova etkisiyle radyoaktif kimyasal elementleri içeren patlama uzay boşluğunda ışık hızının beşte biri süratte ilerlemeye başladı. Kilonovanın rengi, ilerleyen günlerde açık maviden kırmızıya dönüştü. Renk değişimindeki hız, bugüne dek gözlemlenen tüm yıldız patlamalarından daha hızlı oldu.

Swope ve Magellan teleskopları tarafından kilonova patlamasının 17 Ağustos’ta ve dört gün sonra çekilen fotoğrafları renk değişimini gösteriyor. [1M2H/UC SANTA CRUZ AND CARNEGIE OBSERVATORIES/RYAN FOLEY]
ESO New Technology Telescope (NTT) ile yapılan gözlemlerin başında yer alan Stephen Smartt, “Spektrum ekranlarımızda belirdiği zaman bugüne kadar tanık olduğumuz en tuhaf değişime tanık olduğumuzu fark ettim… Bunun benzerini önceden görmedim. Diğer gözlemlevlerinden gelen verilerle birleştirdiğimiz veriler, bu patlamanın bir süpernova değil ancak çok daha etkileyici bir gök olayından kaynaklandığına işaret etti” ifadesini kullandı.

Einstein bir kez daha haklı çıktı
Hubble Uzay Teleskobu’nun 17 Ağustos 2017’de GW170817’ye ait görüntüsü. [NASA]

Astonomi bayramı

ESO’nun spektroskopik gök taramasını temsil eden ePESSTO ve Çok Büyük Teleskop’un (VLT) X-shooter cihazı, iki nötron yıldızının birleşmesiyle uzaya sezyum ve telleryum saçıldığını gösterdi. Bu ve diğer ağır elementler, kilonovanın etkisiyle uzay boşluğuna saçıldı. GW170817, demirden ağır elementlerin yüksek kütleli yıldızların nükleer tepkimeleriyle ortaya çıktığı “r-süresi nükleosentezinin” de altını çizmiş oldu.

GW170817 gözlemleri hakkında Nature Astronomy dergisinde yayımlanan makalenin baş yazarı Stefano Covino, “Şu ana kadar yapılan gözlemler teorilerle birebir uyuyor. LIGO-VIRGO tespitleri tamamen doğru ve ESO ile kilonova hakkında büyüleyici veriler elde edildi” yorumunu yaptı.

Araştırmada yer alan bir diğer gökbilimci Andrew Levan, astrominin altın çağına adım attığımızı şu sözlerle yineledi: “ESO çok büyük ve karmaşık astronomik olayları kısa sürede tespit etme kapasitesine sahip. Astronomide ‘çoklu haberci’ dönemine girdik!”

İki nötron yıldızının çarpışmasına ait illüstrasyon. [National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet]