Yakındaki Süpernova, Ölmekte Olan Bir Yıldızın Son Günlerinin Eşsiz Görünümünü Sunuyor

Her 10 saniyede bir, evrenin bir yerinde bir yıldız patlıyor. Bu süpernovaların küçük bir kısmından gelen ışık – kabaca yılda birkaç yüz – astronomlar tarafından incelenmek üzere burada, Dünya’da bize ulaşıyor. Süpernovaları incelemek, evren hakkında daha derin bir anlayış kazanmak için hayati önem taşır çünkü galaksileri şekillendirmeye, yeni yıldızlar ve gezegenler oluşturmaya ve evreni ağır elementlerle zenginleştirmeye yardımcı olan radyasyon, toz ve gaz yayarlar. Ancak çoğu o kadar uzaktır ki, çığır açıcı ortaya çıkışlarının tamamlanmamış bir oyun bazında bir araya getirmek için bir avuç zor kazanılmış foton kullanarak onların tam yıldız kökenlerini tahmin etmekten daha fazlasını yapabiliriz. Bununla birlikte, bu yılın başlarında gökbilimciler, sadece 21 milyon ışıkyılı uzaklıkta patlayan bir süpernova tespit ettiler – gözlemlenebilir evrenin 94 milyar ışıkyılı genişliğinde bir taş atımı – bu, onu on yıl içinde görülen Dünya’ya en yakın olanı yapıyor. Yıldızın yakınlığı sayesinde, gökbilimciler artık son günlerini cömert ayrıntılarla bir araya getiriyor ve bu astrofiziksel felaketlerin nasıl ortaya çıktığı ve kozmosu nasıl şekillendirdiği konusunda yeni içgörüler sağlıyor.

Japon amatör astronom Koichi Itagaki, SN 2023ixf olarak bilinen bu süpernovayı 19 Mayıs’ta ilk gören kişi oldu. Profesyonel gözlemciler hemen harekete geçti. Hubble Uzay Teleskobu, Hawaii’deki Uluslararası İkizler Gözlemevi ve Kaliforniya’daki Lick Gözlemevi gibi tesisleri kullanan Arizona Üniversitesi’nden Griffin Hosseinzadeh, “Bütün süpernova topluluğu ellerinden geldiğince çabuk anladı” diyor. Çok geçmeden süpernovanın yerini M101 olarak da adlandırılan Fırıldak Gökadası’nın içinde bir yere saptadılar. Oradan, ilk görevlerden biri, patlayan gerçek yıldızı bulmaktı, ki bu, süpernovalar için tam olarak belirlemek biraz nadirdir. Neyse ki, İngiltere’deki Central Lancashire Üniversitesi’nden Joanne Pledger, daha önce doktora sonrası araştırmacı olarak M101 üzerinde çalışmak için zaman harcamıştı. “Hubble Uzay Teleskobu’nda zamanımız olurdu,” diyor. Pledger, 2010’ların başındaki galaksi görüntülerinde süpernovanın konumunu yakınlaştırarak, buna neden olan yıldızı belirlemeyi başardı. “Bu çok büyük bir adım değişikliği” diyor. “Zaten orada çok miktarda veri var.”

Pledger’ın bulguları, yıldız suçlunun kırmızı bir süperdev olduğunu doğruladı. Bir sınıf olarak, bu tür yıldızlar, güneşimizin 1.500 katına kadar yarıçapları ve ana yıldızımızın 40 katına kadar daha büyük kütleleri ile evrendeki en büyükler arasındadır. Ancak 2023ixf’in yıldızı o kadar da ölçek değiştirmedi. Sadece yaklaşık olduğu düşünülüyor yarıçapın 420 katı ve güneşimizin kütlesinin 20 katı. Bu, gökbilimcilerin, olayı, büyük bir yıldızın nükleer yakıtını tükettiği, kendi üzerine çöktüğü ve dış katmanlarını, dayanıklı çekirdeğinden sektikten sonra, arkasında bir nötron yıldızı veya bir kara delik bırakarak patlayıcı bir şekilde fırlattığı, sözde bir tip II süpernova olarak tanımladığı olayla eşleşti. Bu tür yıldızlar, hayatlarının sonlarına doğru şişebilir ve süpernova olarak sönmelerinden çok önce, dış atmosferlerinden kalan gaz ve toz kabuklarını patlatabilirler. Gökbilimcilerden oluşan ekipler, süpernova dışa doğru genişleyip içine çarparak fark edilebilir bir şok dalgası üretirken, 2023ixf için bu yıldız ötesi materyali tespit edebildiler. Hosseinzadeh, “Bunun olduğunu ilk kez görmüyoruz” diyor. “Ama ayrıntı hiç bu kadar iyi olmamıştı.”

Süpernovanın keşfinden sonraki iki hafta içinde, Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Wynn Jacobson-Galán ve meslektaşları için açık kanıtlar gördü “Bu yoğun kabuğa çarpan süpernova şok dalgası” diyor. Bu gözlemlerden, yıldızın patlamadan önceki yıllarda kütlesinin yüzde 1’inden daha azını kaybettiğini tahmin ediyorlar. Jacobson-Galán, görünüşte küçük olsa da, bu miktarın “kırmızı bir süperdev yıldızdan bekleyebileceğimizden daha fazla” olduğunu söylüyor. “Belki de kırmızı süperdevlerin patlamadan önceki son birkaç yıl içinde nasıl evrim geçirip öldükleri konusundaki cehaletimize işaret ediyor.”

Bu tür takip çalışmaları, bu olayların galaksileri nasıl zenginleştirdiği hakkında daha fazla bilgi veriyor. Hubble’ın 2023ixf gözlemlerine liderlik eden Arizona Üniversitesi’nden Azalee Bostroem, “Bu bize yıldızların nasıl kütle kaybettiğini anlatıyor, ki bu da galaksilerin evrimi üzerinde büyük bir etkiye sahip” diyor. “Ve bize biraz da hangi yıldızların hangi tür süpernova olarak patladığını anlatıyor.” Buna karşılık, gördüğümüz enerjinin tamamen patlamadan mı yoksa kısmen süpernova şok dalgasının çevredeki enkaz üzerindeki etkisinden mi kaynaklandığını, süpernovaların dinamiklerini ortaya çıkarabilir. Bostroem, “Bütün bunlar, yıldız patladığında üzerinde ne kadar malzeme kaldığıyla bağlantılı” diyor.

Fırlatılan bu malzemenin yıldızın etrafında bir küre mi yoksa daha asimetrik bir şekil mi oluşturacağı konusunda daha önce de bazı tartışmalar olmuştu. 2023ixf için sonuçlar ikincisini öner, bilim adamlarının bir süpernovanın şok dalgası ile onu çevreleyen yıldız-ötesi malzeme arasındaki hızla gelişen etkileşim hakkında elde ettikleri en erken ayrıntılı bakışı işaret ediyor. Yine UC Berkeley’den Sergiy Vasylyev, “Malzemenin büyük olasılıkla disk benzeri bir yapıda olduğunu söylüyoruz” diyor. Süpernova’nın püskürmesi bu diske çarptığında “kum saati şeklinde” genişler. Bu, patlayan ev sahibi yıldıza göre enkaz disklerinin çeşitli yönelimlerinden kaynaklanan, tip II süpernova evriminde şaşırtıcı bir çeşitlilik kaynağına işaret edebilir. Vasylyev, “Size bu olayların çeşitli olduğunu söylüyor” diyor.

Yıldızın önceden var olan gözlemlerle ortaya çıkan bir başka ilginç özelliği de, titreşiyor olmasıydı – büyük miktarda boyut değiştiriyordu. Kırmızı süperdevlerin, yaşamlarının sonunda bu tür titreşimler geliştirdikleri bilinmektedir. Ancak şimdiye kadar bu, daha sonra bir süpernova olarak patlayan bir ata yıldızda hiç görülmemişti. Ulusal Bilim Vakfı’nın Ulusal Optik Kızılötesi Astronomi Araştırma Laboratuvarı’ndan (NOIRLab) Monika Soraisam ve meslektaşları gösterdi ki yıldız, parlaklıkta vahşi salınımlar yaşadı ve özellikle şişmiş bir duruma doğru son salınımı sırasında aşırı doldurulmuş bir balon gibi patlamadan önce, yaklaşık 1000 günlük bir süre içinde boyutunu yaklaşık yüzde 50 oranında art arda şişirip küçülttü.

Titreşimler ve süpernovaların doğrudan bağlantılı olduğu düşünülmemektedir. Soraisam, ilkinin “tamamen farklı” bir mekanizmadan, yani bir yıldız atmosferi boyunca enerji akışındaki dengesizliklerden kaynaklandığını söylüyor. Yine de bu tür istikrarsızlıklar, tam olarak bir tür bağlantı olabileceği olasılığını bırakarak tam olarak anlaşılamamıştır – bu, araştırmacıların diğer kırmızı süperdev yıldızların ne zaman patlayacağını tahmin etmelerine yardımcı olabilecek türden bir şeydir. (Örneğin, Orion takımyıldızındaki kırmızı süperdev Betelgeuse son yıllarda nabız gibi atıyor. Astrofizikçiler bunu nihai bir süpernovanın karanlık bir alâmeti olarak görüyorlar, ancak şu anda böyle bir olayın gelecekte 100.000 yıl kadar sürebileceğini tahmin ediyorlar.) Soraisam, “2023ixf ile ilgili ilginç olan şey bu,” diyor. “Patlamanın çok yakınında, hala çok düzenli bir değişkenlik görüyoruz.”

Supernova 2023ixf’in kesin “lezzetinin” de hâlâ kısıtlanması gerekiyor. Başlangıçta, hidrojen açısından zengin tip II süpernovaların bir alt kategorisi olarak sınıflandırılmıştı ve burada süpernovanın son parlamasının solması, karanlığa dalmaya devam etmeden önce bir süre duraklar (P, “plato” anlamına gelir). gökbilimciler şimdi düşün bunun yerine parlaklıkta daha istikrarlı bir düşüşe sahip olan bir tip II-L (veya “doğrusal”) patlamaydı. İngiltere’de amatör bir astronom olan ve 2023ixf’nin doğrusal olduğunu öne süren çalışmanın ortak yazarlarından Ian Sharp, “Normalde yaklaşık 40 gün içinde platoyu görmelisiniz” diyor. “Düzleştiğine dair herhangi bir kanıt görmüyoruz. Bu yüzden onun bir L olduğuna inanıyoruz.” Bununla birlikte, bu iki farklı süpernova türünü üreten kesin mekanizma net değildir. Bostroem, “‘Bilmiyoruz’ kısa cevap,” diyor. P ve L arasındaki fark, ölmekte olan bir yıldızın patlamadan önce dış hidrojen katmanlarını ne kadar tutmayı başardığına bağlı olabilir. “Kütle ne kadar çok kaybedilirse, hidrojen zarfı o kadar küçük olur ve potansiyel olarak düşüş o kadar dik veya doğrusal olur” diyor.

Süpernova 2023ixf, kırmızı bir süperdev yıldızın nasıl çöktüğü ve nihayetinde patladığıyla ilgili diğer ayrıntıların yanı sıra, konuyla ilgili çok ihtiyaç duyulan bazı yanıtları verebilir. Bostroem, “Fotoğrafımızın uçtan uca doğru olup olmadığını gerçekten test edebiliriz,” diyor. Kendi galaksimizde bir süpernova görmenin dışında -her modern astronomun umutlu ama henüz karşılıksız rüyası- Fırıldak Galaksisindeki bu parlak, kısa gösteri, tip II süpernova için çağdaş modelleri test etmek ve kozmosa salınan yaratıcı yıkımı daha iyi görmek için uzun yıllar boyunca en iyi fırsat olabilir. Jacobson-Galán, “Bu, çok ayrıntılı ve çok hassas bir şekilde inceleniyor” diyor. “Gerçekten 21. yüzyılın en iyi incelenen süpernovalarından biri olacak.”