1991'DEKİ BİR GAMA IŞINI PATLAMASI BİR MAGNETAR GİBİ ÇINLIYOR

11 Temmuz 1991’de Compton Gama Işını Gözlemevi’ndeki (Compton Gamma Ray Observatory) BATSE aygıtı bir gama ışını patlaması kaydetti. GRB 910711, görevin o güne dek gördüğü en kısa patlama olarak bildirildi: yaklaşık 10 milisaniyelik parlak bir zirve, ardından 100 ila 200 milisaniyelik sönük bir kuyruk. 2023’te 724 kısa patlamanın analizi onu kilohertz salınımları (kilohertz oscillations) — saniyede binlerce kez artıp azalan parlaklık — için en güçlü aday yaptı; bu salınımlar, bir birleşmenin geride bıraktığı “hiperkütleli” (hypermassive) bir nötron yıldızının hareketleri olarak yorumlandı.

Tek bir kısa patlama için iki şüpheli

Kısa gama ışını patlamalarının iki olası kaynağı var: yoğun yıldızların birleşmesi ya da son derece güçlü bir manyetik alana sahip bir nötron yıldızı olan bir magnetarın dev parlaması (magnetar giant flare). Başka galaksilerden gelen bazı dev parlamalar, süre ve ışıklarının enerjisi bakımından birleşme patlamalarına benzer; gökyüzündeki konum kesin bilinmeden ikisini ayırt etmek zordur. GRB 910711’in konumunda yaklaşık 6 derecelik bir belirsizlik var.

Run-Chao Chen ve Bin-Bin Zhang (Nanjing Üniversitesi), Ore Gottlieb (Massachusetts Teknoloji Enstitüsü) ve beş meslektaşı, birleşme yorumundaki bir gerilimden yola çıktı.

Bir vuruşu taşıyamayacak kadar sert ışık

GRB 910711’in tayfı, bir kara cisim (blackbody) — sıcak, opak bir cismin ışıması — ile, birleşme patlamalarına genellikle uydurulan biçimle olduğu kadar iyi uyuyor. Bu ikinci biçimle ise alışılmadık derecede “sert” (hard) — yüksek enerjili fotonlara ağırlık veren — çıkıyor; BATSE’nin ölçtüğü patlamaların uç noktasında.

Doğal çözüm: bir fotosferden (photosphere), yani opak bir bulutun ışığını saldığı katmandan çıkan ışık. Ama orada ışık, merkezdeki motordan çok uzakta, birçok saçılmadan sonra çıkar. Merkezdeki bir nötron yıldızının belirlediği kilohertzlik bir vuruşun bu yolculuktan sağ çıkması ya da dışarı çıkarken yeniden kurulması için ek bir mekanizma gerekirdi.

Bilinen bir parlamanın daha sönük ikizi

Karşılaştırma ölçütleri GRB 200415A: 15 Nisan 2020’de kaydedilen, 3,5 megaparsek uzaklıktaki yakın NGC 253 galaksisinden gelen bir magnetar dev parlaması — megaparsek, gökbilimcilerin galaksiler arası uzaklıklar için kullandığı birimdir.

Zirvelerine göre hizalandığında iki ışık eğrisi birbirine benziyor: aynı 10 milisaniyelik zirve, aynı daha zayıf kuyruk, 1991’de yaklaşık 90 mikrosaniye — saniyenin milyonda biri —, 2020’de 65 mikrosaniye kadar kısa yapılar. 2020 parlamasının, sanki daha uzakta gerçekleşmiş gibi yalnızca sönükleştirilmiş bir modeli, 1991 patlamasının biçimini yeniden üretiyor. Yazarlar bunun bir uzaklık ölçümü değil, bir örnekleme olduğunun altını çiziyor.

Yaklaşık 360 hertzlik armonikler

Ekip zirvenin içinde, 1991 patlamasında 360 hertzde — saniyede 360 kez — bir tümsek buluyor, 2020’de ise 350 hertzde. 10 milisaniye boyunca, birbirine yaklaşık 100 hertzden daha yakın frekanslar ayırt edilemez: iki tümsek birbirinden ayırt edilemiyor.

Ritmin zamana göre haritaları, tek bir notanın armonikleri gibi, 360 hertzin tam katlarında beliren tepeler gösteriyor: GRB 910711’de 360’ın 1, 3, 5, 6 ve 11 katı; GRB 200415A’da 2, 4, 6 ve 12 katı. İkisi de altıncıyı, yaklaşık 2.160 hertzi paylaşıyor; bu, 2020 parlamasında daha önce bildirilmiş bir salınıma yakın.

Bispektrum, salınımların birbirine bağlı olup olmadığını sınar: bağlı salınımlar, frekanslarının toplamında güç oluşturur. 2020 parlamasında 4.320 hertzlik bileşen, 2.160 hertzde bağlı iki bileşene karşılık geliyor; onlar da bağlı 720 ve 1.440 hertze karşılık geliyor.

100.000 sahte patlama

Ekip, rastlantıyı sınamak için her patlama için aynı zirve biçimine ve foton sayım gürültüsüne sahip, ama salınımı olmayan 100.000 sahte ışık eğrisi üretti. 360 hertzlik tümsek, GRB 910711 için bunların yaklaşık %5’inde, GRB 200415A için %0,1’inde en az o kadar güçlü çıktı. Sahteler daha önce bildirilmiş kilohertz salınımlarını ve daha gerçekçi bir arka plan gürültüsünü de taşıdığında bu rakamlar %15,5 ve %33,4’e yükseldi: tek başına alçak tümsek daha az beklenmedik hâle geliyor.

Armonikler yalnızca salınımsız sahtelere karşı sınandı ve orada sağlam duruyor. Temel frekanstaki küçük bir fark her armonikte katlanır, bu yüzden desen onu tümsekten çok daha ince sınar. 260’tan 460 hertze tarandığında iki patlama da yaklaşık 360 hertzi tercih ediyor; sahteler etmiyor. Salınımsız sahtelere karşı, bağlantıların toplam gücüne GRB 910711 için 10.000’de yalnızca 1,3 kez, GRB 200415A için 4,5 kez ulaşıldı.

On yedi aday galaksi

Hangi uzaklıkta olursa olsun GRB 910711, bilinen birleşme patlamalarına kıyasla ışığının enerjisi için fazla sönük kalırdı. Dev bir parlama olarak ise uyuyor — yaklaşık 55 megaparsek içinde, yani NGC 253’ten 16 kat kadar uzakta bulunuyorsa. Bu aralıkta ve gökyüzündeki o bölgede ekip, en yakını yaklaşık 9,1 megaparsek uzakta olan ve hepsi ağırlıklı olarak yıldız oluşturan galaksiler olarak sınıflandırılmış 17 galaksi listeliyor. Yorum doğruysa BATSE, başka bir galaksiden gelen ilk dev parlamasını 1991’de yakalamış demektir.

360 hertzde ne çınlayabilir

Galaksimizdeki dev parlamalarda hızlı salınımlar zirvede değil, sönen kuyruklarda görüldü; yaklaşık 625 hertzlik biri yıldızın kabuğundaki bir titreşime bağlandı. Bazı varsayımlar altında 360 hertz civarına düşebilir, ama her yıldızın iç yapısına ve manyetik alanına bağlıdır: iki magnetarın bunu paylaşması bir rastlantı olurdu. Daha spekülatif bir olasılık, çekirdeğin derinlerinde nükleer maddenin kuark maddesine (quark matter) dönüştüğü sınırdaki bir titreşim: frekansı, 100 ile 1.000 hertz arasında, esas olarak nükleer fiziğe, yıldızın kütlesine ise az bağlıdır. Böyle bir titreşimin zirvenin ışığını nasıl biçimlendireceği belirsiz kalıyor.

Yalnızca gama ışınlarında duyulan bir vuruş

Yazarlar sonuçların bir magnetar kökenini “tek başına kanıtlamadığını”, ama onu “daha tutumlu yorum” kıldığını yazıyor: bir birleşme sert tayfı, fotosferi aşan bir vuruşu, 2020 parlamasına benzerliği ve ortak armonikleri hep birlikte açıklamak zorunda. Gelecekteki kısa patlamalarda bu tür armonikler ortaya çıkarsa, yalnızca gama ışınları parlamaları birleşmelerden ayırt etmeye yardım edebilir, hem de takip gözlemlerini planlamaya zaman kalacak şekilde. GRB 910711’in elinde 6 derecelik bir gökyüzü parçası, 17 aday galaksi ve 360 hertz civarında bir vuruş kalıyor.