Ligo Gözlemevi Çarpışan Nötron Yıldızları Keşfetti

Kütleçekim dalgaları gözlemevi (LIGO), çarpışan kara deliklerden sonra bu kez de çarpışan nötron yıldızları keşfetti ve bu çok önemli bir keşif: Çarpışan nötron yıldızları hem kütleçekim dalgaları hem de ışık yayıyor. Nitekim LIGO kütleçekim dalgalarına bakarken Fermi uzay teleskopu da gama ışınlarına baktı ve böylece çok kanallı astronomi doğdu. Peki nötron yıldızları nasıl çarpışıyor?

Çok kanallı astronomi yanıtlıyor

Eskiden yıldızların sadece ışığını görebiliyorduk. Bir yıldızın kütlesini ise hangi renkte ışık saçtığına, çevresindeki gezegenlerin ne kadar hızlı döndüğüne ve çapına göre hesaplıyorduk. Bu da dolaylı yollardan yıldızın ne kadar güçlü bir yerçekimine sahip olduğunu gösteriyordu.

Gerçekten de Galileo’nun 1611 yılında gökcisimlerini gözlemek için ilk kez teleskop kullanıp astronomiyi icat etmesinden bu yana geçen 406 yıllık sürede, gökbilim sadece ışık ışınlarını kullanarak gözlem yaptı.

Evrende dört fizik kuvveti olmasına rağmen, astronomi bunlardan sadece ışık ışınlarını tanımlayan elektromanyetik kuvveti kullandı. Bu da bir insanı konuştuklarını duymadan, elini sıkmadan veya kokusunu almadan sadece bakarak tanımaya benziyor. Tek kanallı gözlemler astronomiyi topal bırakıyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Sonra LIGO geldi

Lazer Girişimölçer Kütleçekim Dalgaları Gözlemevi (LIGO) çarpışan kara delikler ve nötron yıldızlarının yaydığı kütleçekim dalgalarını gözlüyor. Bu cisimler o kadar ağır ve yoğun ki çarpışıp birleştikleri zaman bizzat evrenin dokusu olan uzay-zamanı titreten kütleçekim dalgaları yayıyorlar.

Nitekim LIGO’yla birlikte astronomi sadece ışıkla değil, doğrudan yerçekimi ile (yerçekiminin aktif formu olan küteçekim dalgalarıyla) gözlem yapmaya başladı. Böylece iki kanallı astronomi doğdu. Aslında LIGO nötron yıldızı çarpışmalarını gözlemlemek için tasarlanmıştı.

Ancak, önce kara delik çarpışmalarını gözlemledi; çünkü her ne kadar nötron yıldızlarının sayısı kara deliklerden fazla olsa da kara delikler nötron yıldızlarından daha ağır ve çarpışınca daha şiddetli kütleçekim dalgaları yayıyor. Bunları gözlemlemek nötron yıldızlarının çarpışmasını görmekten kolay.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Bu büyük bir sorun

Ne de olsa gerçek çok kanallı astronominin başlaması; yani evrene daha geniş bir bakış açısıyla bakıp farklı keşifler yapmamız için hem yıldızların yaydığı kütleçekim dalgalarını, hem de yıldız ışığını aynı anda incelememiz gerekiyor.

Oysa yıldızlar parlak ışık saçmalarına karşın, çarpıştıkları zaman uzaktan görülecek kadar şiddetli kütleçekim dalgalarına yol açamayacak kadar hafif (!) gökcisimleridir. Kara delikler de çok ağır ama hiç ışık saçmıyor (aktif kara delikleri saymazsak).

Sıra çarpışan nötron yıldızlarında

İşte bu yüzden LIGO ekibi çarpışan nötron yıldızlarını gözlemlemeye can atıyordu; çünkü sadece çarpışan nötron yıldızları hem görebileceğimiz kadar büyük bir ışık patlamasına (gama ışınları), hem de tespit edebileceğimiz kadar şiddetli kütleçekim dalgalarına yol açıyor.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Nötron yıldızlarının ultrasonu çekiliyor

Önceki nötron yıldızı yazımda anlattığım gibi bu yıldızlarının içyapısını bilmiyoruz. Özellikle de çekirdeğinde maddenin süper sıkışarak nasıl bir dönüşüm geçirdiğini bilmiyoruz. Sonuçta elimizde nötron yıldızlarının içini gösteren bir kuantum kütleçekim kuramı yok.

Oysa çarpışan nötron yıldızlarının yaydığı kütleçekim dalgaları bunların içyapısını gösterebilir. Gerçekten de LIGO geçenlerde böyle bir olay gözlemledi. Aynı sırada, NASA’nın Fermi uzay teleskopu da çarpışmadan kaynaklanan gama ışınlarını kaydetti.

İtalya’nın Pisa şehrinde bulunan Virgo dedektörü ise çarpışmanın uzayda nerede gerçekleştiğine dair ipuçları sağladı.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Nerede?

Dünya’dan 130 milyon ışık yılı uzakta: Bu olay Samanyolu’nun ve hatta galaksimizin dahil olduğu Virgo süper galaksi kümesinin dışında gerçekleşti. Ancak, nötron yıldızları çarpışırken uzaya ışık hızının yüzde 90’ıyla giden süper enerjik gaz jetleri salıyor.

Bunlar da evrenin uzak köşelerinden görülebilecek kadar şiddetli gama ışınlarına yol açıyor. Dünya’daki teleskoplar bu gama ışını patlamasını görebiliyor. Öyle ki nötron yıldızı çarpışmasını LIGO’ya ek olarak 70 ayrı teleskop gözlemlemiş bulunuyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Tarihi hıçkırık

Kütleçekim dalgalarını insan kulağının duyması imkansız. Uzayda hava yok ve bunlar da ses dalgaları değil, bizzat uzay-zamanı dalgalarından özel titreşimler. Ancak, kütleçekim dalgalarının frekansını ses dalgalarına dönüştüren yazılımlar sayesinde, uzayda hava olsaydı bunların uzaktan nasıl ses çıkaracağını biliyoruz:

Hıçkırık gibi ses çıkartıyorlar ve bu sesi LIGO yazımdaki videoda dinleyebilir veya damağınızı şaklatarak taklit edebilirsiniz.

İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en çarpıcı 5 yöntem

 

Nötron yıldızları nasıl çarpışıyor?

Arizona Üniversitesi doçenti David Sand, “İki nötron yıldızı çarpışmadan hemen önce birbirinin çevresinde ışık hızına yakın bir hızda dönüyor.” Ardından yuvarlak nötron yıldızları sahip oldukları güçlü yerçekiminin etkisiyle deforme oluyor.

Birbirine bakan yüzleri birleşen su damlalarının kuyruğu gibi uzuyor ve birbirine kavuştuktan hemen sonra patlayarak kara deliğe dönüşüyorlar. Patlama sırasında sahip oldukları kütlenin bir kısmını kütleçekim dalgaları, gaz jetleri ve gama ışınları halinde uzaya yayıyorlar (görelilik teorisine göre kütlenin enerjiye dönüşebildiğini hatırlayalım).

Biz de bu yüzden çarpışan nötron yıldızlarının çıkardığı sese “tarihi hıçkırık” diyoruz ve bu çarpışmanın video animasyonunu yazının sonunda izleyebilirsiniz: Çarpışma sırasında dışarı yayılan soluk mavi halkalar kütleçekim dalgalarını, mor sorguçlar ise gama ışını yayan gaz jetlerini gösteriyor.

GW170817 kod adındaki çarpışmanın uzaya püskürttüğü jetlerin ucu Dünya’ya bakınca teleskoplarımız olayı gama ışını patlamaları (güçlü ışık parlamaları) halinde görüyor.

Kilonova

Nötron yıldızı çarpışmaları kilonova olarak adlandırılıyor; çünkü çarpışmada geçici olarak parlayan yıldızların (nova) yaydığı enerjinin 1000 katı üretiliyor.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Gama ışını patlamaları

Çarpışan nötron yıldızları evrendeki altının büyük kısmını üretiyor. Elbette bu güçlü olay nadiren gerçekleşiyor ve altının Dünya’da az bulunan bir element olmasının sebebi de bu: Altın bütün evrende nadir bir element.

Kilonova sırasında oluşan yeni cisim kara deliğe dönüşürken, cismin kutuplarından uzaya püsküren süper hızlı ve sıcak gaz jetleri morötesi, kızılötesi (termal) ve görünür ışık tayfında parlıyor. Bu jetlerden birinin ucu Dünya’ya baktığı zaman, teleskoplarımız ışığı gama ışını bandında görüyor.

Gerçek ölüm yıldızları yazısında anlattığım üzere, süpernovaların uzun süreli gama ışını patlamalarına (GRB) yol açtığını biliyoruz. Nötron yıldızı çarpışmalarının da kısa süreli gama ışını patlamalarını tetiklediğini düşünüyorduk. Ancak, ilk kez LIGO ve Fermi teleskopu ile çarpışan nötron yıldızlarını gözlemleyerek bu teoriyi kanıtladık.

İlgili yazı: DataRobot Yapay Zekaya Algoritma Öğretiyor

 

Tarihe geçtiler

LIGO sözcüsü ve Georgia Teknik Üniversitesi fizik profesörü Laura Cadonati, “Bu an tarihin en iyi gözlemlenen astrofizik olayı olarak hatırlanacak” diyor. Ancak, bu başarıyı biraz da NASA’nın Swift Gama Işını Patlaması Kaşifi’ne borçluyuz.

Bütün gama ışınları patlamaları uzayda kısa sürede gerçekleştiği için Swift de dünyanın en hızlı ve çevik uzay teleskopu olarak tasarlandı. Öyle ki müthiş manevra yeteneğiyle hemen en yeni gama ışını patlamasına dönerek gözlemlere başlıyor. Nötron yıldızları çarpışmasını da böyle yakaladı (gama ışını patlamalarının yüzde 70’i 30 saniye içinde kesildiği için bize çevik bir uzay teleskopu gerekiyordu).

Nitekim Swift teleskopu, LIGO ve Virgo’nun bildiriminden 16 dakika sonra hedefe kilitlendi ki bunu aslında 90 saniye gibi rekor bir sürede yapabiliyor.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

X-ışını sürprizi

Teoriler nötron yıldızı çarpışmalarından önce X-ışını patlaması ve hemen ardından gama ışını patlaması görülmesi gerektiğini söylüyor. Hatta NASA’nın Nükleer Tayfölçüm Teleskop Sistemi (NuSTAR) bu tür X-ışınlarını görmek için tasarlandı. Ancak, bu çarpışmada X-ışını yerine hızla solan morötesi ışınlar gördük.

Böylece 1) Dünya’daki platin ve altın gibi değerli elementlerin kaynağının nötron yıldızlarının çarpışırken uzaya saçtığı gazlar olduğunu anladık; çünkü bu atomlar süper sıcak ve yüksek basınçlı çarpışma sırasında sentezleniyor. 2) Kısa süreli gama ışını patlamalarının kaynağının nötron yıldızları olduğunu anladık. 3) Ancak teorilerimizin X-ışını açısından yanlış olabileceğini de gördük.

İlgili yazı: Uzay Yolcuları Filmi Ne Kadar Gerçekçi?

 

Asıl kazancımız ne?

Fizikçiler bugüne kadar kuantum fiziği ile görelilik teorisini birleştirip tüm evreni tek bir denklemle açıklamayı başaramadılar.

Ancak, nötron yıldızlarını hem kütleçekim dalgaları hem de ışıkla incelemeye izin veren ve böylece çok kanallı astronomi çağını başlatan nötron yıldızı çarpışmaları, olası bir kuantum kütleçekim kuramı için önemli ipuçları sağlayacak.

Bu çarpışmalar sayesinde nötron yıldızlarının çekirdeği hakkında daha fazla bilgi sahibi olacağımız kesin. Ancak, şansımız yaver giderse işe yarar bir kuantum kütleçekim kuramı da geliştirebiliriz. Dolayısıyla nötron yıldızı çarpışmalarının en büyük kazancı umut oldu ve biz de umudumuzu koruyalım:

Gelecekte uzaya fırlatılacak olan süper hassas LISA gözlemevi, evrenin büyük patlamayla oluşmasından kalan ilk kütleçekim dalgalarını bile görecek. İşte o zaman her şeyin teorisini geliştirmek için gerçek bir şansımız olacak.

Nötron yıldızları nasıl çarpışıyor?

Swift ve NuStar teleskopları

¹Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral