Radyo teleskoplarımız uzak galaksilerden gelen gizemli sinyalleri tespit ediyor: kökenleri nedir?

Gözlerimiz radyo dalgalarının renk tayfını algılasaydı, gökyüzüne her baktığımızda oldukça tuhaf bir ışık gösterisine tanık olurduk: Renk değiştiren ve bir saniyenin kesirlerinde kaybolan sayısız ışık parlaması.

Bu ışık darbeleri, radyo teleskoplarını kullanarak onları gözlemleyen ve inceleyen astronomlar tarafından yarım yüzyıldan fazla bir süredir bilinmektedir. Bunların, Güneşimizden çok daha büyük yıldızların yakıtı tükendiğinde ve kendi ağırlıkları altında çöktüğünde oluşan, pulsar adı verilen galaksimizde bulunan özel bir süper yoğun yıldız sınıfı tarafından oluşturulduklarını biliyoruz.

Gökyüzüne gömülü bir işaretçi gibi, her pulsar, manyetik kutuplarından bir ışık demeti yayar ve teleskoplarımız, yıldız dönerken ve Dünya ile hizalanırken düzenli darbeler olarak algılar.

Flaşların renk değişimi, bu yıldızlarla aramızdaki iyonize gaz formundaki galaktik materyalden kaynaklanır ve bu, radyo dalgalarını saçan bir prizma görevi görür. Dağılım sayesinde, Dünya’ya doğru her darbenin yörüngesindeki malzeme miktarını belirleyebiliriz. Bu nedenle pulsarlar, Samanyolu’nun yapısını ve bileşimini incelemek için gerçekten yararlıdır.

FRB: diğer galaksilerden gelen parlamalar

Çok daha yakın zamanda, Dünya’dan günlük olarak tespit ettiğimiz bazı radyo flaşlarının galaktik komşumuzdaki pulsarlarla ilişkili olmadığı keşfedildi. Gökbilimciler bu gizemli olaylara hızlı radyo patlamaları (FRB) ve varlığını yalnızca 2007’de bildirilen ilk tespitten bu yana biliyoruz.

Morfolojik olarak benzer olmalarına rağmen, FRB’lerin saçılması, pulsarlar tarafından üretilen darbelere kıyasla çok büyük olabilir, bu da yollarında büyük miktarda gaz anlamına gelir. Bir diğer önemli fark, FRB’lerin büyük çoğunluğunun tekrarlamamasıdır.

Artık hızlı radyo patlamalarının, bizim galaksimizden milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki diğer galaksilerden geldiğini biliyoruz. Onları Dünya’dan tespit edebilmemiz, bilinen pulsarların darbelerinden milyonlarca kat daha parlak oldukları anlamına gelir ve tüm Evrendeki en güçlü patlamalardan bazılarını oluşturur.

çoklu teoriler

FRB’lerin kökeni hakkında kesin olarak başka çok az şey söyleyebiliriz. Şimdiye kadar, bu esrarengiz fenomeni açıklamak için elliden fazla teori önerildi. Büyük çoğunluğu, FRB kaynakları olarak pulsarların ait olduğu aile olan nötron yıldızlarını içerir. Diğer hipotezler, olası jeneratörler olarak kara deliklere başvurur.

FRB’lerin hala bilinmeyen fiziksel nesnelerin ve süreçlerin, şimdiye kadar varsayımsal olarak kabul edilen temel parçacıkların ve hatta dünya dışı zekanın kanıtlarını oluşturduğunu öne süren uzmanlar da var.

Bazı FRB’lerin kendilerini (evrenin aynı bölgesinden geldikleri) düzensiz bir şekilde tekrarladıklarının keşfi, onları oluşturan nesnelerin en azından bazılarının kendi kendini yok etmediğini ima eder. Ve bu, bu patlamalar sırasında salınan muazzam miktarda enerjiye rağmen böyle olurdu. Bu nesnelerin FRB’nin geri kalanı tarafından oluşturulanlardan farklı olup olmadığı henüz belli değil.

FRB’yi gözlemlemenin zorluğu

Bu flaşlar oldukça yaygın bir fenomendir. Gökyüzünde her gün binlercesinin üretildiği tahmin ediliyor. Peki neden onlar hakkında bu kadar az şey biliyoruz? Teleskoplarımızdan bu kadar uzun süre nasıl kurtulabildiler?

Bu radyo patlamalarının büyük çoğunluğunun rastgele doğası ve kısa süreleri, onları tespit etmeyi ve incelemeyi son derece zorlaştırıyor. Birkaç tekrarlayan FRB dışında, bir sonraki flaşın ne zaman ve nerede gökyüzünde görüneceğini tahmin etmek imkansızdır.

Geleneksel radyo teleskopları ise gökyüzünde belirli bir yönde mümkün olduğunca fazla ışık toplamak için tasarlanmış devasa disklerden oluşur. Bu, onları tam olarak gözlemlemek istediğimiz nesneyi (bir yıldız, bir gezegen, bir galaksi, vb.)

Bu nedenle, birkaç yıl öncesine kadar, FRB tespit oranı o kadar düşüktü ki, kökeni hakkında çalışmak ve bu modellerin her birinden gelen verilerle karşılaştırmak için tanımlanan sinyallerden daha fazla teori vardı.

CHIME: harika FRB dedektörü

FRB’lerin çalışma alanı, 2018’de CHIME (Kanada Hidrojen Yoğunluğu Haritalama Deneyi) radyo teleskopunun piyasaya sürülmesinden bu yana kökten değişti.

Dünyanın dört bir yanına dağılmış geleneksel radyo teleskoplarını kullanarak ilk 50 FRB’yi tespit etmek keşfinden bu yana on yıl alırken, CHIME ilk dört yıllık faaliyetinde binlerce kişi buldu. Şimdiye kadar yapılmış en güçlü radyo hızlı patlama dedektörü haline geldi.

Eşi görülmemiş algılama kapasitesi, kendine özgü tasarımı ve saniyede neredeyse bin trilyon işlem gerçekleştirebilen özel bir süper bilgisayardan (türünün en güçlüsü) kaynaklanmaktadır. Bu özellikler, CHIME’e, aşırı dağınık sinyalleri algılamada uzmanlaşmış, futbol sahası büyüklüğündeki bin teleskopla aynı gözlem gücünü verir.

Kökeni hakkında yeni ipuçları

Bu büyük yeni tespit çığı, FRB’lerin özelliklerinin çok daha ayrıntılı bir şekilde incelenmesine izin verdi.

Örneğin, artık farklı sınıfların olduğunu ve tekrarlayan kaynaklardan gelenlerin daha uzun süre dayanma eğiliminde olduğunu ve daha karmaşık spektro-zamansal yapılara sahip olduğunu biliyoruz. Ancak bunun farklı üretici nesnelerden, emisyon mekanizmalarından veya yayılma etkilerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirlemek için henüz yeterli bilgiye sahip değiliz.

CHIME sayesinde yapılan iki yeni keşif, bu fenomenin kökenini ve doğasını anlamanın anahtarı olmuştur.

2020’de yayınlanan ilki, galaksimizde bir magnetar yönünde son derece parlak bir radyo patlamasının tespitiydi. Magnetarlar aynı zamanda nötron yıldızlarıdır, ancak manyetik alanları ortalama bir pulsardan binlerce kat daha güçlüdür. Temel olarak, Evrende var olan en güçlü mıknatıslardan bahsediyoruz.

Teknik olarak bu patlama bir FRB teşkil etmese de, bizim gökadamızdan geldiği için, bu, bir FRB’ye benzer bir patlamanın belirli bir nesneyle, bu durumda bir magnetarla doğrudan ilişkilendirildiği ilk seferdir.

Bu yıl yayınlanan ikincisi, daha önce hiç gözlemlenmemiş özelliklere sahip bir FRB’nin tespitidir. Patlama, ortalama bir FRB’den binlerce kat daha uzun, üç saniyeden fazla sürdü. Ayrıca, tek bir darbe yerine, her 0,2 saniyede bir kesinlikle periyodik olarak tekrarlanan bir darbe dizisinden oluşuyordu.

Bu davranış, pulsar nabızlarınınkine oldukça benzer, ancak henüz bilinmeyen bazı nedenlerden dolayı, şimdi keşfedilenlerin milyonlarca kat daha yoğun olması dışında.

Bu bulgular, ister pulsar ister magnetar olsun, nötron yıldızlarının FRB’ler üretebileceği teorisini desteklemektedir. Ancak, tüm gözlemlerimiz bu teoriyle tutarlı değildir, bu nedenle mevcut kanıtlar, Evrende bu patlamaların başka kaynaklarının olma olasılığını dışlamaz.

Evrenin sınırlarını incelemek için yeni bir araç

Kökenlerini anlamanın ötesinde, bilim camiasının FRB’lere olan ilgisinin çoğu, pulsarlar sayesinde Samanyolu ile yaptığımız gibi kozmosun yapısını incelemek için onları kullanma olasılığında yatmaktadır.

FRB uygulamaları, galaksiler arası uzaya nüfuz eden zayıf gazın tespitinden, Evrenin manyetik özelliklerinin kozmolojik ölçeklerde incelenmesine kadar uzanır; ve Evrenin evriminin en erken dönemlerinin keşfinden, daha yakın zamanlarda kozmosun hızlandırılmış genişlemesinden sorumlu olan gizemli karanlık enerjinin araştırılmasına kadar.

Diğer galaksilerden gelen bu sinyaller, modern astrofizik ve kozmolojideki büyük bulmacaları çözmemize yardımcı olma potansiyeline sahiptir ve bunların çoğu, temel fizik ve Evren anlayışımız üzerinde derin etkileri vardır.

FRB’lerin keşfi, kozmosu keşfetmek için kesinlikle yeni bir pencere açtı.