Nötron yıldızlarının birleşmeleri, çoklu haberci astronomisi için en uygun hedefler arasında yer alıyor. Bu modern astrofizik yöntemi, aynı kaynaktan gelen çeşitli sinyallerin gözlemlerini bir araya getirerek evrenin daha derinlemesine anlaşılmasını sağlıyor. İki nötron yıldızının çarpışmasıyla birlikte elektromanyetik spektrumda ışınım, kütle çekim dalgaları ve nötrinolar salınıyor. Tüm bu sinyallerin tespiti için optik teleskopların yanı sıra kütleçekim dalgası detektörleri ve nötrino teleskopları da kullanılıyor.
Ancak farklı yapılar ve çalışma prensiplerine sahip bu gözlemevlerinin senkronize çalışabilmesi için, beklenen sinyallerin önceden modellenmesi kritik önem taşıyor. Bu bağlamda, Potsdam Bilim Parkı'ndaki Max Planck Yerçekimi Fiziği Enstitüsü'nde görevli araştırmacılar, ikili nötron yıldızı birleşmelerini simüle eden önemli bir çalışmaya imza attı.
130 MİLYON CPU SAATİ
Albert Einstein Enstitüsü’nde çalışan araştırma ekibi, Japonya’daki Fugaku süper bilgisayarını kullanarak bugüne kadar yapılan en uzun ve en ayrıntılı ikili nötron yıldızı birleşme simülasyonunu gerçekleştirdi. 1,5 saniyelik gerçek zamanı kapsayan bu simülasyon, tamamlanması için 130 milyon CPU saati gerektirdi ve eşzamanlı olarak 20.000 ila 80.000 CPU'nun kullanılmasını sağladı.
Simülasyon, Einstein’ın genel görelilik kuramı, nötrino salınımı, yüksek yoğunluklu maddelerin dinamikleri ve güçlü manyetik alan etkileşimlerini bir arada barındırıyor. Bu sayede astrofiziksel olayların gerçek zamanlı olarak modellenebilmesi mümkün hale geliyor.
EVRENİN İÇ YAPISI ANLAŞILIYOR
Yeni simülasyon, iki nötron yıldızının birleşmesini baştan sona takip ediyor: Sarmal hareket, birleşme ve sonrasında oluşan kara delik çevresinde gelişen süreçler ve jet oluşumu dahil olmak üzere tüm evreler modelleniyor. Söz konusu simülasyonda yıldızlar, Güneş’in kütlesinin 1,25 ve 1,65 katı olarak belirlenmiş durumda.
Yörünge enerjisini kaybederek birbirlerine yaklaşan yıldızlar, bu enerjiyi kütleçekim dalgaları olarak dışa yayıyor. Yüksek toplam kütle, birleşme sonrası kalıntının hemen bir kara deliğe çökmesine yol açıyor. Bu çöküşten sonra kalan kara deliğin çevresinde bir madde diski oluşuyor. Bu disk, manyetik alanların sarmalanması ve dinamo etkileriyle daha da güçleniyor. Kara deliğin hızlı dönüşü, manyetik alanların daha fazla yoğunlaşmasına neden olarak eksen boyunca enerji akışı meydana getiriyor.
GAMA IŞINLARI VE KİLONOVA
Bu enerji akışının, gama ışını patlamalarına kaynaklık ettiği düşünülüyor. Elde edilen bulgular, önceki gözlemlerle örtüşüyor ve nötron yıldızı birleşmelerinin iç işleyişine dair yeni içgörüler sunuyor. Simülasyon aynı zamanda nötrino salınımı ve bu süreçte yıldızlararası ortama ne kadar madde atıldığını da analiz edebiliyor. Bu da, ağır elementlerce zengin olan kilonovaların öngörülmesini mümkün kılıyor.
Kilonovalar, birleşme sonucu ortaya çıkan yoğun ışınımlı gaz ve toz bulutları olarak biliniyor. 2017 yılında iki nötron yıldızının çarpışması ilk kez kütleçekim dalgası dedektörleri ve ardından çok sayıda teleskop tarafından gözlemlenmişti. Bu gözlemler sırasında altın gibi demirden daha ağır elementlerin oluştuğu tespit edilmişti. Teorik fizikçilerin uzun süredir şüphelendiği bu süreç, ilk defa o tarihte somut biçimde doğrulanmıştı.
GELECEK GÖZLEMLER İÇİN MODEL
Jet oluşumu ve manyetik alan dinamikleri üzerine elde edilen yeni bilgiler, bu tür çarpışmaların daha iyi anlaşılması için kritik bir temel sunuyor. Elde edilen verilerle, gelecekte gerçekleşebilecek nötron yıldızı birleşmeleri daha doğru biçimde gözlemlenebilecek ve çoklu haberci astronomisinin potansiyeli daha verimli şekilde kullanılabilecek.
Bu çığır açıcı simülasyon çalışması, bilim dünyasına nötron yıldızı birleşmelerinin çok yönlü etkilerini analiz etme ve gökbilimsel gözlemleri daha hassas modellerle destekleme imkânı sunuyor.
