Evrenin derinliklerinde gerçekleşen ve akıl almaz bir çarpışma olarak nitelendirilen kara delik ile nötron yıldızının birleşmesi, gökbilimcileri daha önce hiç görmedikleri tuhaf bir yörünge etkileşimiyle karşı karşıya bıraktı. Bu olay, mevcut teorileri baştan aşağı sorgulamalarına neden oluyor.
Bilim insanlarının 11 Mart'ta The Astrophysical Journal Letters'ta yayımladığı raporlara göre, bu iki son derece yoğun gök cismi birleşmeden önce, bir Spirograph oyuncağının kıvrımlarını andıran eliptik bir yörüngede birbirlerinin etrafında döndüler. Bu keşif, kara delik ve nötron yıldızı sistemlerinin oluşumuna dair yaygın varsayımları ve bu çiftlerin yok oluşlarından önce mükemmel dairesel yörüngelere girmeleri gerektiği fikrini çürütüyor.
Araştırmanın ortak yazarlarından biri, kara deliklerin ve nötron yıldızlarının çiftler halinde ve birbirinden izole olmuş devasa yıldızlardan evrimleştiği yönündeki yaygın kanının bu bulguyla çeliştiğini belirtiyor. Gökbilimciler, bu sistemlerin oluşum yerleri ve koşulları hakkında yeniden düşünmek zorunda kalacaklarını ifade ediyorlar.
Einstein'ın Dalgaları ve Yeni Gerçekler
Ocak 2020'de, bilim insanları ilk kez bir kara deliğin bir nötron yıldızını yuttuğuna dair kesin kanıtlar elde etmişti. Bu olay sonucunda, Dünya'nın Güneş'inden yaklaşık 13 kat daha kütleli yeni bir kara delik oluştu. Bu olay, Dünya'dan yaklaşık bir milyar ışık yılı uzakta gerçekleşmiş olsa da, araştırmacılar iki cismin özelliklerini kütleçekimsel dalgalar aracılığıyla incelediler. Uzay-zaman dokusundaki bu dalgalanmalar, aşırı kozmik çarpışmaların bir sonucu olarak ortaya çıkıyor ve ilk olarak Einstein'ın Görelilik Teorisi ile öngörülmüştü.
ABD'deki 3.000 kilometrelik LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) dedektörü aracılığıyla tespit edilen iki dalga, on gün arayla Dünya'ya ulaştı. Bu yeni çalışmanın odak noktası olan ilk dalga ise GW200105 olarak adlandırılıyor.
Üniversitedeki Kütleçekimsel Dalga Astronomisi Enstitüsü tarafından geliştirilen yeni bir model ve İtalya'daki Virgo kütleçekimsel dalga dedektöründen elde edilen tamamlayıcı veriler kullanılarak yapılan analizler, daha önceki bazı varsayımların yanlış olduğunu ortaya koydu. Örneğin, önceki analizlerde kara deliğin kütlesi olduğundan az, nötron yıldızının kütlesi ise olduğundan fazla tahmin edilmişti. Bu değerler artık düzeltildi.
Daha da önemlisi, daha önceki çalışmalar bu çarpışmadan önceki kara delik-nötron yıldızı sisteminin yörüngesinin mükemmel dairesel olduğunu varsayıyordu. Yeni araştırma ise bu olasılığı %99 kesinlikle dışlıyor ve sistemin kökenini sorgulatıyor.
Dairesel Yörünge Paradigması Kırıldı
Kara delikler ve nötron yıldızları, bir zamanlar devasa olan yıldızların yakıtları bittiğinde ve yoğun kalıntılara dönüştüğünde meydana gelir. Belirli koşullar altında, bu iki kalıntı, birbirini yavaşça felaket bir çarpışmaya doğru çeken ortak, ikili bir yörüngeye girebilir.
Ancak bu yeni çalışma, bu tür ikili sistemlerin, birleşmelerine yakın bir zamanda bile neden eliptik (oval) bir yörüngede bulunabildiğini sorgulatıyor. Bu durum, standart oluşum senaryolarıyla çelişiyor ve bu sistemlerin beklenenden farklı yollarla oluşmuş olabileceğini gösteriyor.
Araştırma ekibi, sistemin yörüngesinin oldukça eliptik (oval) olduğunu ve bunun dönme eksenindeki değişikliklerden kaynaklanmadığını tespit etti. Bu durum, yörüngenin çok daha önce, muhtemelen çevresindeki diğer nesnelerin kütleçekimsel etkisiyle şekillendiği anlamına geliyor.
Araştırmanın ortak yazarlarından biri, eliptik yörüngenin durumu ortaya koyduğunu ve bu sistemin izole bir şekilde sakin evrimleşmediğini, büyük olasılıkla diğer yıldızlarla veya üçüncü bir yoldaşla olan kütleçekimsel etkileşimlerle şekillendiğini belirtiyor.
Evrene Yeni Bir Pencere Açılıyor
Oval şekilli bir yörüngeye dair bu kanıt, kara delik-nötron yıldızı sistemleri arasında bir ilk olma özelliği taşıyor. Bu durum, bu tür sistemlerin nasıl oluştuğuna dair tek bir açıklama olmadığını ve bu aşırı nesneler hakkındaki anlayışımızda yeni bir boşluk açıldığını kanıtlıyor.
Bu boşluğu doldurmak için, evrenin dört bir yanından gelen daha sıradışı kütleçekimsel dalga sinyallerine dayanan yeni modellere ihtiyaç duyulacak. Bu zayıf sinyalleri tespit etmek için ise inşa halindeki LISA (Laser Interferometer Space Antenna) gibi gelecekteki uzay tabanlı dedektörler gibi yeni teknolojilere gerek duyulabilir.
Gökbilimciler, gelecekteki kütleçekimsel dalga dedektörlerinin, hem karada hem de uzayda, evrene tamamen yeni bir pencere açacağını ve günümüzdeki cihazlardan çok daha hassas olarak daha zayıf ve daha uzak kaynakları, hatta şu anda ulaşamadığımız tamamen yeni türdeki kütleçekimsel dalga sinyallerini tespit etmemizi sağlayacağını öngörüyor.
