NASA’nın Fermi Uzay Teleskobu, “Örümcek” Yıldız Sistemlerinden İlk Gama Işını Tutulmalarını Tespit Etti

NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu bu resimde Dünya’nın yörüngesinde dönüyor. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/Chris Smith (USRA)

Bilim adamları, NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu’ndan alınan verileri kullanarak, özel bir ikili yıldız sisteminden ilk gama-ışını tutulmalarını keşfettiler. Bu sözde örümcek sistemlerinin her biri, yoldaşını yavaş yavaş aşındıran bir pulsar (bir süpernovada patlayan bir yıldızın süper yoğun, hızla dönen kalıntıları) içerir.

Uluslararası bilim adamlarından oluşan bir ekip, on yılı aşkın süredir Fermi gözlemlerini taradı düşük kütleli eş yıldızın bizim açımızdan atarcanın önünden geçmesiyle meydana gelen bu tutulmalara maruz kalan yedi örümceği bulmak. Veriler, sistemlerin bizim görüş alanımıza göre nasıl eğildiğini ve diğer bilgileri hesaplamalarına olanak sağladı.

“Örümcekleri incelemenin en önemli hedeflerinden biri, atarcaların kütlelerini ölçmeye çalışmaktır,” dedi Colin. Clark, Almanya’nın Hannover kentindeki Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü’nde astrofizikçi olan ve çalışmayı yöneten Dr. “Pulsarlar temelde ölçebildiğimiz en yoğun maddenin toplarıdır. Ulaşabilecekleri maksimum kütle, Dünya’da benzeri olmayan bu aşırı ortamlardaki fiziği kısıtlamaktadır.”

Çalışma hakkında 26 Ocak’ta Nature Astronomy dergisinde bir makale yayınlandı.

{ 7}

Yörüngede dönen bir yıldız, bu çizimde hızla dönen, pulsar adı verilen süper yoğun bir yıldız kalıntısı olan partnerini gölgede bırakmaya başlıyor. Pulsar, görüş alanı içinde ve dışında dönen çok dalga boylu ışık huzmeleri yayar ve yıldızın bakan tarafını ısıtan, malzemeyi savuran ve eşini aşındıran çıkışlar üretir. Kredi: NASA/Sonoma Eyalet Üniversitesi, Aurore Simonnet

Örümcek sistemleri, ikili bir yıldızın ortağından daha hızlı gelişmesi nedeniyle gelişir. Daha büyük kütleli yıldız süpernovaya dönüştüğünde, arkasında bir pulsar bırakır. Bu yıldız kalıntısı, gama ışınları da dahil olmak üzere, görüş alanımıza giren ve çıkan çok dalga boylu ışık huzmeleri yayar ve atomik saatlerin hassasiyetine rakip olacak kadar düzenli darbeler oluşturur.

Önceden, bir örümcek atarcası “beslenir”. bir gaz akışını sifonlayarak arkadaşı. Sistem geliştikçe, pulsar daha hızlı dönmeye başladığında beslenme durur ve yoldaşın bakan tarafını aşırı ısıtan ve onu aşındıran parçacık çıkışları ve radyasyon üretir.

Bilim adamları, örümcek sistemlerini örümcek türlerinin adını taşıyan iki türe ayırır. dişiler bazen daha küçük eşlerini yerler. Kara dullar, Güneş’in kütlesinin %5’inden daha azına sahip yoldaşlar içerir. Redback sistemleri, hem boyut hem de kütle bakımından Güneş’in %10 ila %50’si arasında daha büyük yoldaşlara ev sahipliği yapar.

“Fermi’den önce, gama ışınları yayan yalnızca bir avuç atarca biliyorduk,” dedi Elizabeth Hays , NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’ndeki Fermi proje bilimcisi. “On yılı aşkın gözlemden sonra, görev 300’den fazla veri belirledi ve topluluğun çığır açan bilim yapmasına olanak tanıyan uzun, neredeyse kesintisiz bir veri kümesi topladı.”

Araştırmacılar, örümcek sistemlerinin yörüngelerini ölçerek kütlelerini hesaplayabilirler. hareketler. Görünür ışık gözlemleri, yoldaşın ne kadar hızlı hareket ettiğini ölçebilirken, radyo ölçümleri pulsarın hızını ortaya çıkarır. Ancak, bunlar bize doğru ve bizden uzaklaşan harekete dayanır. Neredeyse yüz yüze bir sistem için bu tür değişiklikler hafiftir ve potansiyel olarak kafa karıştırıcıdır. Aynı sinyaller, yandan görülen daha küçük, daha yavaş yörüngeli bir sistem tarafından da üretilebilir. Görüş hattımıza göre sistemin eğimini bilmek, kütleyi ölçmek için hayati önem taşır.

Eğim açısı normalde görünür ışık kullanılarak ölçülür, ancak bu ölçümler bazı olası komplikasyonlarla birlikte gelir. Refakatçi atarcanın yörüngesinde dönerken, aşırı ısınmış tarafı görüş alanına girip çıkarak görünür ışıkta eğime bağlı bir dalgalanma yaratır. Bununla birlikte, gökbilimciler hâlâ aşırı ısınma sürecini öğreniyorlar ve farklı ısıtma modellerine sahip modeller bazen farklı atarca kütlelerini tahmin ediyor.

Bununla birlikte, gama ışınları yalnızca atarca tarafından üretilir ve o kadar çok enerjiye sahiptir ki, bir yörüngede yol alırlar. refakatçi tarafından engellenmediği sürece enkazdan etkilenmeyen düz bir hat. Bir örümcek sisteminin veri setinden gama ışınları kaybolursa, bilim adamları yol arkadaşının atarcayı gölgede bıraktığı sonucuna varabilirler. Oradan, sistemin görüş hattımıza olan eğimini, yıldızların hızlarını ve atarcanın kütlesini hesaplayabilirler.

PSR B1957+20 veya kısaca B1957, bilinen ilk kara dul idi. 1988. Görünür ışık gözlemlerinden oluşturulan bu sistemin önceki modelleri, onun görüş hattımıza yaklaşık 65 derece eğimli olduğunu ve atarcanın kütlesinin Güneş’inkinin 2,4 katı olduğunu belirledi. Bu, B1957’yi bilinen en ağır atarca yapar ve teorik kütle sınırını atarca ile kara delik arasında aşar.

Clark ve ekibi, Fermi verilerine bakarak 15 kayıp gama ışını fotonu buldu. Bu nesnelerden gelen gama ışını darbelerinin zamanlaması o kadar güvenilir ki, on yıl boyunca 15 kayıp foton, ekibin sistemin gölgede kaldığını belirleyebilmesi için yeterince önemli. Daha sonra ikilinin 84 derece eğimli olduğunu ve atarcanın Güneş’in ağırlığının yalnızca 1,8 katı olduğunu hesapladılar.

“Büyük atarcalar bulma arayışı var ve bu örümcek sistemlerinin en iyilerden biri olduğu düşünülüyor. Washington’daki ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı’nda araştırma fizikçisi ve yeni makalenin ortak yazarlarından Matthew Kerr. “Yoldaş yıldızdan atarcaya çok aşırı bir kütle aktarımı sürecinden geçtiler. Bu modellere gerçekten ince ayar yaptığımızda, bu örümcek sistemlerinin pulsar popülasyonunun geri kalanından daha büyük olup olmadığından emin olacağız.”

Referans: “Gama ışını tutulmalarından nötron yıldızı kütle tahminleri örümcek milisaniyelik pulsar ikililerinde” yazan C. J. Clark, M. Kerr, E. D. Barr, B. Bhattacharyya, R. P. Breton, P. Bruel, F. Camilo, W. Chen, I. Cognard, H. T. Cromartie, J. Deneva, V. S. Dhillon, L. Guillemot, M. R. Kennedy, M. Kramer, A. G. Lyne, D. Mata Sánchez, L. Nieder, C. Phillips, S. M. Ransom, P. S. Ray, M. S. E. Roberts, J. Roy, D. A. Smith, R. Spiewak, B. W. Stappers, S. Tabassum, G. Theureau ve G. Voisin, 26 Ocak 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-022-01874-x

The Fermi Gamma-ray Space Telescope, Goddard tarafından yönetilen bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır. Fermi, Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve ABD’deki akademik kurumların ve ortakların önemli katkılarıyla ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde geliştirildi.