Yerçekimi dalgaları: Bir nötron yıldızı birleşmesinin uzun süreli parıltısı

Bir nötron yıldızı birleşmesinin uzun süreli parıltısı

Nötron yıldızlarının iç yapılarının kesin bileşimi henüz netlik kazanmamıştır. Yeni bir çalışma, birleşmeler sırasında oluşan kütleçekim dalgalarının, nötron yıldızlarının içindeki maddenin durumu hakkında ipuçları sağlayabileceğini gösteriyor. En önemlisi, bu, nötron yıldızı çarpışmasının kalıntılarından yayılan saf bir sinyalin "uzun bozunma evresini" içeriyor.

Birleşen iki nötron yıldızının yaydığı sinyal, bir diyapozonun yaydığı sinyale benzer. [ Daha büyük resmi görüntüle ]

Nötron yıldızları, küçük boyutlarına kıyasla nispeten büyük kütleleri nedeniyle bildiğimiz en büyüleyici astrofizik cisimleri arasındadır. Ancak, içlerindeki aşırı koşullar nedeniyle, bileşimleri ve yapıları büyük ölçüde bilinmemektedir. 2017'de gözlemlenen iki nötron yıldızının çarpışması, bu gizemi çözmek için eşsiz bir fırsat sunmaktadır.

İkili sistemlerdeki nötron yıldızları milyonlarca yıl boyunca birbirlerine doğru sarmal çizerek hareket ederken kütleçekim dalgaları yayarlar. Ancak en yoğun radyasyon, birleşmeleri sırasında ve sonrasındaki ilk milisaniyelerde meydana gelir. Ortaya çıkan kütleli ve hızla dönen bir varlık olan kütleçekim dalgaları, güçlü ancak dar bir frekans aralığında kütleçekim dalgaları üretir. Bu sinyal, maddenin aşırı yoğunluk ve basınçta nasıl davrandığını açıklayan nükleer maddenin hal denklemi hakkında önemli bilgiler içerir.

Frankfurt Goethe Üniversitesi'nden Prof. Luciano Rezzolla'nın araştırma grubu, kütleçekim dalgası sinyalinin genliğinin birleşmeden sonra zamanla azalırken, aynı zamanda giderek daha saf hale geldiğini, yani dev bir diyapazonun vurulduktan sonra rezonansa girmesine benzer şekilde tek bir frekansa doğru yöneldiğini keşfetti. Bu aşamayı "uzun çınlama" olarak adlandırdılar ve özellikleriyle nötron yıldızı çekirdeklerindeki en yoğun bölgeler arasında yakın bir bağlantı tespit ettiler.

"Farklı malzemelerden yapılmış diyapazonlar farklı tonlar ürettiği gibi, farklı durum denklemleriyle tanımlanan çarpışma kalıntıları da farklı frekanslarda bozunur. Bu sinyalin keşfi, nötron yıldızlarının iç bileşenlerini ortaya çıkarma potansiyeline sahip," diye açıklıyor Rezzolla. "Bu çalışmayla özellikle gurur duyuyorum çünkü Frankfurt ve Darmstadt bilim insanlarının nötron yıldızları çalışmalarındaki mükemmelliğinin olağanüstü bir örneğini temsil ediyor - Hessen küme projesi ELEMENTS'in odak noktası."

Araştırmacılar, genel görelilik yasalarını içeren simülasyonlar kullanarak, "uzun bozunma" analizinin, şu anda doğrudan ölçümü olmayan son derece yüksek yoğunluklardaki maddeyi tanımlamadaki belirsizlikleri azaltmaya yardımcı olduğunu gösterebildiler. Frankfurt Goethe Üniversitesi'nden Dr. Christian Ecker, "İstatistiksel modellemedeki gelişmeler ve Almanya'nın en güçlü süper bilgisayarlarındaki yüksek hassasiyetli simülasyonlar sayesinde, nötron yıldızı çarpışmalarında uzun bozunmanın yeni bir evresini keşfettik," diye açıklıyor. "Bu keşif, nötron yıldızlarındaki maddenin durumu hakkında yeni ve kesin sınırlamalar sağlama potansiyeline sahip. Özellikle gelecekte yeni olaylar gözlemlendikçe, yoğun nötron yıldızı maddesinin daha iyi anlaşılmasının önünü açıyor."

Meslektaşım Dr. Tyler Gorda, "Sadece birkaç durum denklemini seçerek, olası madde modellerinin çeşitliliğini çok daha az çabayla çoğaltabildik," diye ekliyor. "Bu, yalnızca hesaplama süresinden ve enerjisinden tasarruf sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda doğada hangi durum denkleminin mevcut olduğuna bakılmaksızın sonuçlarımızın güvenilir ve geçerli olduğuna dair güvence de sağlıyor."

Kütleçekim dalgası dedektörleri henüz birleşmenin ardından gelen sinyali ölçmemiş olsa da bilim insanları iyimser: Önümüzdeki on yıl içinde faaliyete geçmesi planlanan Avrupa'daki Einstein Teleskobu, "uzun bozunmayı" net bir şekilde ölçebilir. Bu gerçekleştiğinde, nötron yıldızlarının gizemli iç yapılarını keşfetmek ve en uç koşullar altında maddenin sırlarını çözmek için güçlü bir araç olacak.

Sonuçlar yakın zamanda Nature Communications'da yayımlandı.