Hipernova Nedir? Süpernova ve Hipernova Arasındaki Farklar Nelerdir?

Hipernova, süpernovadan yüzlerce kat güçlü olan yıldız ölüm şeklidir. Hipernovalarda, ölmekte olan yıldızın kutup bölgelerinde göreli olarak az olan basınç, patlamanın her yöne yayılması yerine, kutupsal olarak iki yönlü ve daha yoğun olmasına sebep olur. Hipernovalarda, patlama yönünde olan uzak cisimler büyük zarar görürken, yakın olduğu halde hipernova patlaması doğrultusunda olmayanlarsa az bir etkiye maruz kalırlar.

Hipernovaların etkisi yıllarca sürebilir ve çok fazla radyasyon ve ışık yayar. Hipernovalar, Güneş'ten onlarca kat daha parlak olabilirler; ancak bir hipernova sönünce, geriye neredeyse hiçbir etkisi kalmaz, sadece sönünceye kadar enerji yaymaya devam ederler.

Süpernova ve Hipernova Arasındaki Farklılıklar Nelerdir?

Hipernovalar, alışılagelmiş süpernova patlamalarına kıyasla, çok daha fazla enerji ve gama ışını yaymaktadırlar. Bu yüzden "hipernova" olarak adlandırılmıştır. Hipernovalar, evrendeki en güçlü yıldız patlamalarıdır. Tipik bir süpernovadan 10 ila 100 kat daha parlaktır. Bir hipernova patlamasında açığa çıkan enerji, yıldızımız Güneş'i 100.000 kez tamamen yok etmek için yeterli enerjiye veya önümüzdeki 1 oktilyon (10²⁷) yıl boyunca gezegenimiz Dünya'nın mevcut toplam güç tüketimini karşılamaya yetecek kadar enerjiye eş bir enerjidir.

Hipernovalar Ne Sıklıkta Gözlenirler?

Hipernovalar, çok güçlü patlamalar olmakla birlikte, inanılmaz derecede nadirdirler ve son birkaç on yılda tamamlanan evren araştırmalarında yalnızca birkaç düzine hipernova örneği görüldü. 1999 yılında NASA, çok uzak olmayan (sadece 25 milyon ışık yılı) M101 sarmal galaksisinde NGC-5471B ve MF83 isimli iki ışığı hipernova adayları olarak açıklamıştı. Bu iki olası hipernova kalıntısının keşfinin, astrofizikçilerin hipernovaların gerçek doğalarını anlamalarına olanak sağlayacağı umuluyor.

NASA

Hipernovalar Nasıl Oluşur?

Güneş'in kütlesinden en az 30 kat daha fazla olan yıldızlar, yakıtlarının tükenmesiyle, bir yığılma diski ile çevrili, dönen bir kara delik oluşturmak üzere kendi içine çöker. Bu çökme o kadar hızlı gerçekleşir ki, yıldızın dış kısımları ne olup bittiğinden habersizdir ve daha sonra yıldız, yeni oluşan materyalin toplanma diskinden fırlayan şiddetli rüzgarlarla savrulur. Bu durumda üretilen şok dalgaları ile yıldız patlamış olur.

Bir hipernova oluşumuna yönelik olan bu model, bu nesnelere patlamadan sonra bir gama ışını patlaması (İng: "Gamma Ray Burst" ya da kısaca "GRB") eşlik etmesi gerektiğini de öngörmektedir. Gama ışınlarının oluşma mekanizması hala tartışma konusudur. Gerçek mekanizma ne olursa olsun, gama ışınları patlamanın hareket yönü boyunca dar bir koni şeklinde ışınlanır ve sadece bizim yönümüze doğrultulursa bize görünür. Gökbilimciler, gözlemlenen her GRB için bizden uzak yönlere yönelmiş olan, görmediğimiz birkaç yüz tane daha GRB olduğunu tahmin ediyor.

Gökbilimcilerin hipernovaları sınıflandırmada bile zorlandıkları, bazen onlara "hipernova", bazen "süper parlak süpernova" olarak adlandırdıkları ve bazen onlara normal süpernovanın çeşitli alt sınıflandırmaları olarak atıfta bulundukları biliniyor. Bilim insanları bu kadar az bilgiyle, nasıl oluştuklarını ve onları neyin bu kadar güçlü kıldığını anlamakta bile zorlanıyorlar.

İşte bilim insanlarının bu parlak, vahşi patlamaların nasıl oluşabileceğini düşündükleri birkaç yol...

Collapsar Modeli

Büyük yıldızlar öldüğünde, ciddi bir patlamayla yıldızı oluşturan maddeleri dışarı savrulurlar. Yaşamlarının son birkaç dakikasında yoğun demir ve nikel çekirdeği oluştururlar. Daha hafif elementlerin aksine, demirin füzyonu enerjiyi serbest bırakmak yerine materyali içine doğru emer. Yıldızın kendi atmosferinin ezici ağırlığına karşı destekleyecek hiçbir enerjisi olmadığı için felaket bir çöküş başlar.

Ancak yıldızın son anlarında, ezilmiş çekirdeği kendisini neredeyse saf nötronlardan oluşan bir topa dönüştürür, bu da düşüşünü kısa bir süre durdurur ve büyük bir sıçrama ve ardından muhteşem bir patlama bir süpernovayı tetikler. Bazen bu kalıntıda çekirdek kalır ve bir nötron yıldızı olarak yıllar boyunca sessiz bir emekliliğe geçiş yapar.

Ancak bazen yıldız Güneş'in kütlesinin 40 katı veya daha fazla olduğunda, bu yoğun nötron topu yer çekiminin ezici ezilmesine karşı çaresiz kalır ve şansı bile olmaz. Diğer zamanlarda, daha küçük yıldızlar için, koşullar tam uygun olduğunda, yeterli malzeme vardır ve ilk patlamadan sonra yeni doğmuş nötron yıldızına geri çöker.

Her iki durumda da, nötron yıldızı kendi içine katlanır ve hiçbir şey yer çekiminin en iyi yaptığı şeyi yapmasını engelleyemez ve bu durumda, durdurulamaz yer çekiminin nihai kaynağı devreye girer: bir kara delik doğar. Eğer o yıldız hızla dönüyorsa, ortaya çıkan kara deliğe dönen ve akan sayısız tonlarca malzeme, elektrik ve manyetizma kuvvetlerini çılgınlığa sürükleyerek, malzeme parçaları fırlatmak için doğru koşulları yaratarak neredeyse ışık hızında kara delikten uzağa fırlatır. Bu malzemeler daha sonra ilk patlamadan sonra herhangi bir titreyen patlama malzemesine çarparak onu ateşli bir patlamayla yeniden ateşler ve belki de gördüğümüz hipernovaların bir kısmını oluşturur.

Space

Elektron ve Pozitron Modeli

"Collapsar Modeli" bazı hipernova davranışlarını açıklayabilirken, hepsini açıklayamaz. Bu muazzam patlamaların bir başka potansiyel kaynağı da yıldızların kalplerinden gelebilir.

Dev yıldızların çekirdeklerinde, elementler birleşerek enerjiyi radyasyon şeklinde serbest bırakır. Bu radyasyon, çevredeki gazı iter ve onu yerçekimsel çöküşe karşı destekler. Bunlar yıldızın milyonlarca hatta milyarlarca yıl yaşamasını sağlayabilir. Bir elektronu, "pozitron" adı verilen anti parçacığı ile birleştirip nasıl saf enerji açığa çıkarabileceğinizi biliyor musunuz? Bu enerji, bir miktar yüksek enerjili radyasyon olan bir gama ışını biçiminde gelir.

Bu süreç, aslında tersi yönde de kolaylıkla gerçekleşebilir: Eğer yüksek enerjili bir gama ışını varsa ışın; bir çift parçacık, bir elektron ve bir pozitrona dönüşebilir. Yani, bir yıldızın merkezinde bu "çift üretim" her zaman olur. Ve elektronlar ve pozitronlar hızla birbirlerini bulurlar, yeniden radyasyona dönüşürler ve yıldızın kendisini desteklemesine izin verirler. Ancak döngü çok küçük bir miktar bile dengesizleşirse, çok fazla parçacık çifti oluşabilir. Bu olursa, parçacıklar tekrar gama ışınları haline gelmeden önceki ultra kısa pencerede yıldız desteğini kaybedebilir. Bir kalp atışından daha kısa bir sürede, yıldızın altından çekilir ve tüm yıldız maddesi, bir süpernova patlamasının kendi üzerine çöker ve çok daha fazlasını serbest bırakır. Normalde olduğundan daha fazla enerji açığa çıkacağından bu süreç bir hipernova ile sonuçlanır.

Hipernova Patlamasının Bu Kadar Güçlü Olmasını Sağlayan Mekanizma Tam Olarak Nedir?

Teorisyenler, hipernova için birkaç makul açıklama yaptılar. Bir açıklamaya göre; hipernovalar, hızlı bir şekilde dönen veya güçlü bir manyetik alan içindeki çok büyük bir yıldızın patlaması olabilir. Başka bir açıklama; ikili yıldız sistemindeki bir yıldızın partneriyle çarpışması veya birleşmesidir.

Bir şey açık görünüyor: Sonuç, bir kara deliğin oluşması ve muazzam miktarda enerjinin, esas olarak gama ışınları biçiminde salınmasıdır. Gama ışınları, ışığın en enerjik şeklidir. Gözlerimizle gördüğümüz ışıktan 10.000 ila 10 milyon kat daha fazla enerjiye sahiptirler.

Hipernovalar, gama ışını patlamaları olarak bilinen gizemli fenomeni açıklayabilir. 1960'larda keşfedilmelerinden bu yana, gama ışını patlamalarının (GRB'ler) gökyüzünde rastgele zamanlarda rastgele meydana geldiği belirlendi. Bir kez kaybolursa, o yerden bir daha asla patlama görülmez.

Princeton Üniversitesi'nden Bohdan Paczynski, 1998'de hipernovaların GRB'leri açıklamanın bir yolu olduğunu öne sürdü. Bununla birlikte, şu anda hipernovaların veya GRB'lerin gerçek doğası hakkında çok az şey bilinmektedir . Paczynski, şöyle diyor:

Bazı patlamaların neden bu kadar çok gama ışını emisyonu ürettiğine dair hiçbir fikrimiz olmadığı için GRB'lerin bir buzdağının görünen kısmı olabileceğinden şüpheleniyorum.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Daniel Wang'ın gözlemleri öncelikle Almanya / İngiltere / ABD ortak misyonu ROSAT'tan alınan verilerle yapıldı. Illinois Üniversitesi'nden You-Hua Chu ve NGC 5471B için işbirliği yaptığı kişiler tarafından ve MF83 için Dartmouth Koleji'nden David Matonick ve Rob Fresen'in takip optik gözlemleri Hubble Uzay Teleskobu ve Kitt Peak Gözlemevi'nde yapıldı. Tüm gözlemleri birleştirmek, Wang'ın boyutlarına, genişleme hızlarına ve X-ışını parlaklığına dayalı olarak kalıntıları üretmek için gereken enerjiyi hesaplamasına izin verdi. Wang, şöyle diyor:

Olağanüstü patlamalardan gelmiş olmalılar. 25 milyon ışık yılı uzaklıkta bile parlaklar.

Gama Işını Patlaması (GRB) ve Hipernova Bağlantısı Nedir?

Uluslararası bir gökbilimci grubu, bir gama ışını patlaması (GRB) ve bu tür olaylarda yeni bir bileşen tespit ettikleri bir hipernova üreten yüksek kütleli bir yıldızın ölümüne ilişkin ayrıntılı bir çalışma yayınladı. Nature'da yayınlanan çalışma, hipernovayı GRB'lerle ilişkilendiren senaryoyu tamamlayan bir bağlantı sağlıyor. Endülüs Astrofizik Enstitüsü (IAA) araştırmacısı Luca Izzo, şöyle diyor:

İlk hipernova, bir gama ışını patlamasını izleyen çok enerjik bir süpernova türü olarak 1998 yılında tespit edildi.

Olayı açıklamak için önerilen senaryo, yakıtını tükettiğinde çekirdeğinin çökmesine neden olan Güneş'ten 25 kat daha büyük bir yıldızla ilgilidir. Bu çöküş sırasında yıldızın çekirdeği ya bir nötron yıldızına ya da bir kara deliğe dönüşür ve aynı zamanda iki kutuplu yıldız maddelerini dışarıya doğru fırlatır. Bu ışınlar yıldızın dış katmanlarını delip geçer ve yıldızdan çıktıktan sonra algılanabilir gama ışınları (GRB) üretir. Son olarak, yıldızın dış katmanları dışarı atılır ve tipik bir süpernovadan onlarca kat daha parlak bir hipernova patlaması oluşturur.

GRB'ler ve hipernova arasındaki bağlantı son 20 yılda iyi kurulmuş olsa da, bunun tersi o kadar net değildir, çünkü ilişkili GRB'lere sahip olmayan birkaç hipernova vardır. Öte yandan, ışınlar yıldızın dış katmanlarını delemeyebilir ve gerekli enerjiden yoksunsa yıldız çevresine asla çıkmayabilir. Bu durumda bir hipernovayı gözlemlenebilir ama bir GRB gözlemlenemez.

5 Aralık 2017'de GRB 171205A, Dünya'dan 500 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan bir galakside tespit edildi. Ne kadar uzak görünse de, bu onu şimdiye kadar gözlemlenen en yakın dördüncü GRB yapar. Endülüs Astrofizik Enstitüsü'nde (IAA-CSIC) araştırmacı olan Christina Thöne, şöyle diyor:

Bu tür olaylar ortalama olarak her 10 yılda bir meydana geliyor, bu nedenle ortaya çıkan hipernovayı çok erken aşamalardan itibaren gözlemlemek için hemen yoğun bir gözlem kampanyası başlattık. Aslında, ilk gözlemlerimizle, yıldızın çöküşünden bir günden daha kısa bir süre sonra, bugüne kadarki en erken hipernovayı tespit etmeyi başardık.

Astronomy Now

Bir hipernovanın ilk özellikleri, La Palma adasında Gran Telescopio Canarias ile tespit edildi. Endülüs Astrofizik Enstitüsü (IAA-CSIC) araştırmacısı Antonio de Ugarte Postigo, şöyle anlatıyor:

Bu, yalnızca ışığın parlaklığının normalden çok daha zayıf olması nedeniyle mümkün oldu, çünkü tipik olarak ışık, ilk haftada hipernovayı gölgede bıraktı. Bununla birlikte, gördüğümüz şey, benzer olaylarda görülenlerden farklı. Benzeri görülmemiş genişleme hızları ve kimyasallar gösteren çok tuhaf bir bileşendi.

Bu özel kimyasal bileşim ve yüksek genişleme hızları, yıldızın yüzeyinde ışığa eşlik eden bir kozanın varlığına ilişkin beklentileri karşıladı. Bu önceden tahmin edilmişti; ama daha önce hiç gözlemlenmemişti. İlk günlerde gözlenen koza, malzemeyi yıldızın içinden dışarı sürükledi ve kimyasal bileşimi bu çalışmada belirlendi. Birkaç gün sonra, bu bileşen kayboldu ve hipernova daha önce gözlemlenenlere benzer şekilde gelişti.

Bu ilk günlerde kozanın yaydığı toplam enerji GRB'nin enerjisinden daha fazlaydı. Bu da ışığın enerjisinin büyük bir bölümünü kozaya aktardığını gösteriyor. Bununla birlikte, aynı zamanda, GRB'nin enerjisinin bir dereceye kadar ışık ile yıldız materyali arasındaki etkileşime ve bu yeni bileşen kozaya bağlı olduğunu da gösteriyor. Bu keşif aynı zamanda modellerin revize edilmesi gerektiğini de ima ediyor: Standart süpernova modelinde çekirdeğin çökmesi yarı küresel patlamalara yol açarken, kozanın ürettiği böylesine enerjik bir emisyonun kanıtı, ışığın önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Izzo, sözlerini şöyle bitiriyor:

Çekirdek çöküşü süpernovalarında, bu da onu süpernova patlama modellerinde ele almamız gerektiği anlamına geliyor.