Evrende Gözlemlenebilen En Büyük Çarpışma: GW170817 Kilonova
Dünya’nın evrende tek olduğunun düşünüldüğü dönemlerden, evrendeki 100 milyar gezegenden sadece biri olduğu bilgisine varmamız uzun zaman aldı. Ancak son yıllarda, disiplinlerarası çalışmalar ve ileri teknolojinin yardımıyla evreni anlayabilmek yolunda koşar adımlarla ilerliyoruz. Geçen yıl 17 Ağustos’ta gerçekleşen nötron yıldızlarının birleşmesi, kilonova ve bu birleşmenin detektör ve teleskoplarla kaydedilmesi, astronomi tarihinin dönüm noktalarından biri kabul ediliyor.
Bir yıl önce, ABD’deki kütle çekim dalga detektörlerinin bulunduğu LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ve Italya’daki Virgo, kütle çekim dalga sinyalleri almaya başladı. Sadece 2 saniye sonra NASA’nın Fermi Gamma Işını Uzay Teleskopu, gamma ışını patlamalarını kaydetti. Takip eden saatlerde bilim insanları, dünyada ve uzayda 70 ayrı noktada detektörler ve teleskoplarla tek bir kozmik olaydan gelen kütle çekim dalga sinyalleri ve ışık patlamlarını ilk kez ve hep birlikte yakaladılar.
GW170817 Kilonova olarak bilinen nötron yıldızı birleşmesinin canlandırması (NASA Goddard Space Flight Center/CI Lab)
Böylece ilk kez çoklu sinyallerle, hem kütle çekimi dalgaları hem de ışık patlamalarıyla kozmik bir olay eşzamanlı olarak saptanabildi. Geçen yıl gerçekleşen bu olay, şimdiden birçok bilimsel sorunun cevaplanmasını ve teorilerin ispatlanmasını sağladı.
Evrenin dinamik doğası gereği galaksiler, karadelikler, süpernovalar, nötron yıldızları ve pek çok gök cisimi çarpışarak birleşirler. İki nötron yıldızının çarpışarak birleşmesinden oluşan patlama, yani kilonova, Dünya’dan 2017 yılında gözlemlense de olayın kendisinin, 130 milyon ışık yılı uzakta, yani yeryüzünde henüz dinozorlar yaşarken (Kretase Dönemi); evrensel ölçekte çok da uzak olmayan, ancak gözlemlenebilir evrenin sınırlarının ötesinde, NGC 4893 galaksisinin yakınlarında gerçekleştiği tespit edildi.
Kütle çekim dalgalarının Dünya’ya etkisini gösteren canlandırma (R. Hurt, Caltech/MIT/LIGO Lab)
Evrende şimdiye kadar insanın gözlemleyebildiği en büyük çarpışma, gamma ışınları, X ışınları gibi görülebilir maddeden (fotonlar) oluştuğu için gökbilimcilerin nefeslerini tutarak izlediği, eşsiz bir görsel şölen sundu. LIGO geçtiğimiz yıllarda da karadeliklerin birleşmesiyle dört kere kütle çekim dalgalarını kaydetmişti, ancak olağanüstü görselliğinin yanı sıra bu tek bir birleşme birçok bilimsel sorunun cevaplarının bulunmasını sağlarken, bazı önemli teorik modellerin doğruluğunu da ispatladı.
Bu teorilerin en önemlisi Einstein’ın, Genel Görelilik Kuramı ile hareket eden büyük kütlelerin kütle çekim dalgalarının uzay-zamanı eğip büktüğünü, bunun durgun bir göldeki dalgalanmalar gibi uzayda bir hareketlilik yarattığını öngörmesidir. İşte Dünya’ya ulaşan ve tespit edilen bu dalgalar, Einstein’ın öngördüğü kütle çekim dalgalarıdır. Böylece Einstein’ın, yaklaşık 100 yıl önce ortaya koyduğu temel kuramlardan biri daha ispatlanmış oldu. Kilonovadan Dünya’ya ulaşan dalgalar ile ışık arasında sadece 2 saniye fark olması da yine Einstein’ın kütle çekimsel dalgalar ile ışık hızının eşit olduğu teorisini doğruladı.
Doğruluğu ispatlanan ilgi çekici bir diğer teori ise cep telefonlarından, nükleer silahlara, hatta takılarda kullanılan bazı ağır metallerin kilonova ile oluştuğunun anlaşılmasıydı. 130 milyon ışık yılı önceki bu patlamada, Dünya’nın kütlesinin yaklaşık 200 katı kadar altın, yaklaşık 500 katı kadar platinin uzaya saçıldığı düşünülüyor.
Kilonovanın gözlemlenmesi, nötron yıldızlarının yapısı, yıldızı oluşturan maddenin davranışı, çarpıştıklarında ne olduğu, gamma ışını patlamalarının kaynağı, evrenin genişleme hızının ölçümü gibi pek çok konuda bilgi sağlarken yeni soruları da tartışmaya açtı. Patlamada, nötron yıldızlarının yüzde 5’i ağır elementleri oluştururken yüzde 95’ine ne olduğu henüz bilinmiyor. Yüksek kütleli bir nötron yıldızı veya düşük kütleli bir kara delik oluştuğu tahmin ediliyor. Peki ama GW170817 Kilonova’da patlamayan maddelere ne oldu?
Bilim insanları kütle çekim dalgalarıyla tespit edilebilen bu çapta bir patlamanın ortalama 50 yılda bir gözlemlenebileceğini, sonraki patlamanın bir kara delikle bir nötron yıldızının çarpışması veya bir süpernova oluşumu gibi olasılıklar barındırdığını tahmin ediyorlar. Kilonova önümüzdeki yıllarda gökbilimcileri ve astrofizikçileri aydınlatmaya devam ederken, uzayda her an gerçekleşebilecek yeni bir çarpışmanın sinyalleri için detektör ve teleskoplarının başında nöbet tutmaya devam edecekler.
REFERENCES
- 1. http://www.spacetelescope.org/images/heic1717b/
- 2. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2016/hubble-reveals-observable-universe-contains-10-times-more-galaxies-than-previously-thought
- 3. https://www.space.com/25303-how-many-galaxies-are-in-the-universe.html
- 4. https://www.ligo.caltech.edu/mit/news/ligo20180817
- 5. https://www.space.com/22180-neutron-stars.html
- 6. http://space.mit.edu/LIGO/more.html
- 7. https://www.popsci.com/neutron-star-gold#page-3
- 8. https://www.ligo.caltech.edu/mit/news/ligo20180817https://phys.org/news/2018-05-spectacular-neutron-star-merger-gravitational.htmlhttps://www.symmetrymagazine.org/article/rising-stars-of-multi-messenger-astronomy