Bir teleskop şimdiye kadar gözlemlenen en parlak süpernovaya işaret ediyordu.

Süpernovalar, Evrendeki en enerjik olaylardan bazılarıdır. Ve bunların bir alt kümesi, salınan enerjinin büyük kısmının son derece yüksek enerjili fotonlardan geldiği gama ışını patlamalarını içerir. Genel olarak bunun neden olduğunu bildiğimizi düşünüyoruz – patlamanın ardında kalan karadelik, neredeyse ışık hızında madde püskürtür. Ancak bu jetlerin fotonları nasıl ve nerede ürettiklerinin ayrıntıları tam olarak çözülmeye hiç de yakın değil.

Ne yazık ki, bu olaylar çok hızlı ve çok uzakta gerçekleşiyor, bu nedenle ayrıntılı gözlemlerini elde etmek kolay değil. Bununla birlikte, TEKNE (tüm zamanların en parlakı) olarak adlandırılan yakın tarihli bir gama ışını patlaması, bir süpernova patlamasından sonraki birkaç gün içindeki olaylar hakkında bize yeni bilgiler sağlıyor olabilir. Yeni bir makale, hem doğru yönü işaret eden hem de olayın ürettiği aşırı yüksek enerjili radyasyona duyarlı olan bir teleskoptan gelen verileri açıklamaktadır.

Duşa ihtiyacım var

Bahsedilen “teleskop”, Büyük Yüksek İrtifa Hava Duşu Gözlemevi’dir (LHAASO). Deniz seviyesinden yaklaşık üç mil (4.400 metre) yüksekte bulunan gözlemevi, geleneksel anlamda teleskop olmayan bir aletler kompleksidir. Bunun yerine, dış uzaydan gelen yüksek enerjili parçacıklar atmosfere çarptığında üretilen karmaşık enkaz ve fotonlar dizisi olan hava duşlarını yakalamaları amaçlanıyor.

Geleneksel teleskoplara kıyasla sınırlı olsalar da, hava duşu dedektörlerinin TEKNE gibi olaylara ilişkin bazı avantajları vardır. Bir olaya, Dünya yüzeyine ulaşan fotonlar ve parçacıklara dayanarak yeniden yapılandırmaya ihtiyaç duydukları kadar odaklanmaya ihtiyaç duymadıkları için çok geniş bir görüş alanına sahiptirler. Ve sadece yüksek enerjili olaylara duyarlıdırlar, yani gün ışığı müdahale edemeyecek kadar düşük enerjidir, bu nedenle günün her saati çalışabilirler.

LHAASO, TEKNE süpernovası patladığında veri aldığından, dedektörleri yalnızca olayın başlangıcını yakalamakla kalmadı, aynı zamanda olaydan sonraki günler boyunca gelişimini de takip edebildi. Berbat bir uzamsal çözünürlük olsa da, hepsi dalga boyuna göre ayrılmış muazzam miktarda veri vardı. İlk 100 dakikada 200 giga-elektron voltun üzerindeki enerjilerde 64.000’den fazla foton tespit edildi. Bağlam için, bir protonun tüm kütlesini enerjiye dönüştürmek, bir GeV’den biraz daha az üretecektir.

Açık olan ilk şeylerden biri, daha düşük (ama yine de çok yüksek!) enerjilerdeki fotonlar ile elektromanyetik spektrumun daha aşırı uçlarındakiler arasında büyük bir fark olduğuydu. Bir tera-elektron voltun üzerindeki fotonlardan gelen veriler zaman içinde düzgün bir şekilde değişirken, mega-elektron volt aralığındakiler yukarı ve aşağı dalgalandı.

Verileri anlamlandırmak

Araştırmacıların öne sürdüğü bu veri, düşük enerji olaylarının süpernovanın türbülanslı enkazıyla etkileşime giren jetlerden kaynaklandığı önerisiyle tutarlıdır. Bu enkaz hem karmaşık hem de jetlerin kaynağına yakın olacağından, jetlerdeki uzay parçacıklarının ne kadar hız kazanması gerektiğini sınırlayacak ve böylece enerjilerine bir sınır koyacaktır.

Daha yüksek enerjili fotonlar, aksine, jetlerin süpernova kalıntılarını temizlediği ve yıldızın etrafındaki ortamı oluşturan malzemeyle (güneş rüzgarının yıldız eşdeğeri tarafından fırlatılan muhtemel parçacıklar) etkileşime girmeye başladığı alanlarda üretilir. Daha seyrek ve tutarlı bir ortam, parçacıkları bir TeV’nin üzerinde enerjilere sahip fotonlar üretmek için gereken aşırı enerjilere hızlandırmak için jetlere daha az türbülanslı bir yol sağlıyor.

Bir süpernovanın enkazını geride bırakmak zor gibi görünse de, jetler parçacıkları neredeyse ışık hızına hızlandırdığından süreç son derece hızlı gerçekleşir. Bu nedenle, verilerde TeV fotonlarının hızlı bir yükselişini görmek sadece beş saniye sürüyor.

Oradan, yaklaşık 13 saniye süren daha yumuşak bir eğim var. Çalışmanın arkasındaki araştırma ekibi, bunun, yıldız kalıntılarının dışındaki ortamdaki parçacıklarla etkileşime giren ve parçacıkları hızlandıran jetleri içerdiğini öne sürüyor. Bu, yüksek enerjili fotonların sayısını artırır, ancak aynı zamanda, jetler çevreye girdikçe daha da büyük bir malzeme yığınını iterken enerjinin bir kısmını jetlerden uzaklaştırır.

Sonunda, bu malzeme yığını, yüksek enerjili fotonların sayısının kademeli olarak azalmaya başlamasına yetecek kadar enerji çeker. Bu düşme, 11 dakika kadar sürecek kadar yavaştır.

TEKNE süpernova durumunda, bunu yüksek enerjili fotonlarda keskin bir düşüş izledi. Bunun, kaynaklarından uzaklaştıkça jetlerin genişlemesinden kaynaklandığı düşünülüyor ve jetinin merkezi çekirdeği doğrudan Dünya’ya dönük olduğu için TEKNE’nin gözlemlediğimiz kadar parlak olduğunu ima ediyor. Bu düşüşün zamanlaması, jetin o sırada ne kadar geniş olduğu hakkında da bazı bilgiler veriyor.

Bu olaylar hakkında hala öğrenilecek çok şey var – örneğin, kara deliklerin nasıl madde jetleri fırlattığı konusunda hala belirsizliğimiz var. Ancak bu tür ayrıntılı gözlemler, jet oluşumunun zamanlaması ve dinamikleri hakkında bize daha iyi bir fikir verebilir, bu da nihayetinde kara delik oluşumu ve jet üretimi sırasında neler olup bittiğine dair modelleri bilgilendirmeye yardımcı olacaktır.

Science, 2023. DOI: 10.1126/science.adg9328 (DOI’ler hakkında).