Gama-ışın patlaması

Büyük kütleli bir yıldızın kara delik oluşturmak üzere çökmesi çizimi. Bir gama-ışın patlaması oluşumunda enerji, dönme ekseni boyunca jetler olarak serbest bırakılır. Kaynak: Nicolle Rager Fuller/NSF

Gama-ışın patlamaları (GIP), önceden öngörülemeyen zamanlarda ve uzay konumlarında, oldukça kısa süreler (0.1-100 s) içinde meydana gelen Gama Işın Patlamaları (GIP), çoğunlukla yüksek enerjili (≥100KeV) fotonların atımlarıyla oluşan patlama olaylarıdır. Patlamaların kaynağı olarak iki ayrı görüş vardır, dev bir yıldızın çökmesi hipernova, ya da bileşenleri nötron yıldızı olan çift yıldız sistemindeki nötron yıldızlarının birbiriyle birleşmesi. Bu patlamalar, enerji içeriği itibariyle (10⁴⁵-10⁴⁷ joule) şu ana kadar Büyük Patlamadan sonraki en büyük enerji salma olayı olarak kabul edilmektedirler (bir megatonluk nükleer patlamanın 10¹⁵ Joule olduğunu hatırlatalım)^[1]. Evrendeki çok uzak gökadalarda meydana gelen bu patlamalarda, enerjinin büyük kısmı gama ışınlarıyla yayılır.

Bu düzeydeki enerjilerin ya çok büyük kütleli yıldızlardan, atarcalardan ya da bileşeni nötron veya karadelik olan çift yıldızlardan gelebileceği bilinmektedir. Örneğin, GRB 011121^{[not 1]} isimli gök cismi büyük kütleli bir yıldızın süpernova olarak patlamasıdır. Bir birine çekimsel olarak bağlı iki yıldızın oluşturduğu bir çift yıldız sisteminde bileşen yıldızlardan birinin kütlesi Güneş’e göre çok büyük ise bu bileşen yıldız öldüğünde arkasında ya nötron yıldızı ya da bir karadelik bırakır. Bu aşamadan sonra çift sistemdeki bu iki cisim zamanla birbirlerine yaklaşma yönünde sarmal hareketler çizerek birleşip tek bir cisim (bir karadelik) oluşturabilirler. Böyle bir karadeliğin oluşması inanılmaz enerji açığa çıkarır ve Dünya’dan bu enerji gama-ışın patlaması olarak gözlenir.

Yakında meydana gelebilecek bir gama-ışın patlaması, Dünya'da kitlesel yok olmaya yol açabilir.^[2] Kısa süreli bir gama-ışın patlaması yaşama ciddi anlamda zarar verebilir. Ancak, yakındaki bir patlama ozon tabakasını azaltarak atmosferin kimyasal yapısını bozabilir ve sonunda biyosferde ağır hasara yol açan, asitli nitrojen oksitleri oluşturabilir.

Tarihçe

Keşif

GIP'ların bulunuşu bütünüyle astronomi dışı gelişmelerle olmuştur. 1963 yılında "Atmosferdeki nükleer denemelerin yasaklanması" hakkındaki ABD-SSCB anlaşmasına uyulup uyulmadığını denetlemek için ABD Savunma Bakanlığı'nca Dünya çevresinde yörüngeye konulan, herhangi bir anda en az iki tanesi bütün yeryüzü atmosferini görebilen ve gama ışınlarını kayıt ve geliş yönlerini saptayabilen Vela adlı bir dizi uydu, yerötesi GIP sinyallerini ilk olarak 2 Temmuz 1967'de almaya başladı^[3].

O zamanlar için çok gizemli bu fiziksel olayın bilim dünyasına duyurulması 1973 yılında olmuştur^[4]. Bu dönemde diğer önemli katkılar OSO-7 ve SAS-2 uydularından gelmiştir. ilk dönemlerde kayıt edilen yıllık patlama sayısı 10 civarında olmuştur. GIP’ların kayıtsal ve istatistiksel olarak önemli sayılara ulaşması 1977'den sonra gerçekleşmiştir. Daha sonraki yıllarda aktif uydu sayısının artması ile birlikte kayıt edilen yıllık ortalama patlama sayısı 1979'da 60'a, 1980'de 130'a^[3] ve 5 Nisan 1991'de gönderilen Compton Gama Işın Uydusu (Compton Gamma-Ray Observatory, CGRO) üzerinde bulunan Patlamalar ve Geçici Kaynaklar Deneyi BATSE (Burst and Transient Source Experiment) teleskopundan elde edilen sonuçlardan (BATSE’nin son kataloğu olan 4B'den) GIP olayları sayısı 2000'i geçmiştir^[5].

Birkaç yıl öncesine kadar, GIP’ların herhangi diğer dalgaboylarında hiçbir izleri olmadığı düşünülüyordu. Fakat, son birkaç yılda bazı gama ışın patlamalarından zayıf x-ışın sinyallerinin yerinin belirlenmesi ve ölçülmesi, diğer ardıl ışımaların mümkün radyo ve optik algılamaları dikkat çekici gelişmelerdir. İtalyan-Hollanda uydusu Beppo-SAX ile GIP olayı GRB970228’in ardıl ışımaları gözlendi ve ardıl ışımanın zayıflamasının yüksek çözünürlükteki x-ışın görüntülerini elde edilmesi diğer bir önemli gelişme oldu. Ardıl ışımalar, kızı kayma mesafesinin ölçümüne, patlamaların olduğu ev sahibi galaksilerin teşhisine ve mesafelerin belirlenmesine imkân verdi. Böylece GIP’ların kozmolojik uzaklıklarda oluştuğu anlaşıldı. Bu uzak mesafelerden gözlenmeleri nedeni ile GIP’ların toplam ışıma enerjileri 10⁵¹-10⁵⁴erg olmalıdır. Algılamaların bazen radyoya genişlemesi ve bu olayların bazen günlerce veya haftalarca sürdüğü gözlendi. şu ana kadar ~ 30'dan fazla GIP’ların ardıl ışımaları yardımıyla 25 kadar ev sahibi gökada teşhis edildi.^[6]. CGRO isimli uydu teleskobu üzerindeki BATSE gama ışını dedektörlerinin 1991’de faaliyete başlamasıyla birlikte gözlenen gama ışını patlaması (GIP) sayısında artış sağlandı. Bu gelişmeler, gizemli patlamaların evrenin uzak bölgelerinden, yani kendi galaksimiz Samanyolu’na milyarlarca ışık yılı mesafelerden kaynaklandığı yönünde önemli ip uçları sunuyordu. Ancak yalnızca gama ışını verilerini kullanarak bunu kanıtlamak mümkün değildi. Gama ışını patlamalarının uzaklıkları bilinmezi, bu dalga araştırmalarını sürdürmekte olan bilim insanlarının üzerinde en fazla tartıştığı konu haline gelmiş, astrofizikçiler olası iki fikir çevresinde kutuplaşmışlardı. Bir grup araştırmacı BATSE verilerinin de desteklediği gama ışını patlamalarının kozmolojik mesafelerden geldiği fikrini savunurken, diğer grup bu olayların galaksimizin hemen dışındaki bölgelerden, yani milyarlarca değil yalnızca binlerce ışık yılı gibi galaktik mesafelerden kaynaklanmakta olduğu fikrini benimsemişti. Bu fikir kutuplaşması o kadar ciddi boyutlara ulaşmıştı ki, 20. Yüzyıl boyunca yalnızca 4 defa gerçekleştirilen ‘Astronomideki Büyük Atışmaların’ biri 1995 yılında ‘Gama Işını Patlamalarının Uzaklıkları ‘başlığıyla Cambridge Üniversitesi profesörü Sir Martin Rees hakemliğinde Princeton Üniversitesi profesörü Bohdan Paczynski ve Chicago Üniversitesi profesörü Donald Lamb arasında yapıldı.

ROTSE Projesi

Gizemini koruyan bu fiziksel olayın çözümü için birçok proje ortaya atılmış ve denenmiştir. Bu olayın çözümünde eş zamanlı olarak kaydedilen başka ayrışım bölgelerindeki ışımaların katkısı olabileceği uzun zamandır düşünülmekteydi fakat GIP’ların çok kısa zaman zarfında gerçekleşmesi ve bu dar zaman aralığında olayın yerini gözlemleyebilecek optik ve diğer tayf bölgeleri teleskop ve dedektörlerin olaya bakma süresindeki gecikme ve eş güdümdeki yetersizlikleri nedeniyle son yıllara kadar yeterli veri ve bilgi toplanamamıştır. Bu eksiklikler gözönünde bulundurularak GIP olaylarına çözüm getirmesi beklenen ve yakın zamanda hayata geçecek olan projelerden biri ROTSE projesidir.

"Geçici Optik Olaylar için Robotik Teleskop Deneyi" (Robotik Optical Transient Search Experiment) olarak isimlendirilen ve görev tasarımı ve amacı itibariyle tamamen GIP’ların optik bileşenlerini ayrıştırmaya yönelik olan bir uzaktan kontrollü (robotik) teleskoptan oluşur. Deneyin başarısı üzerine, Global ROTSE Ağ diye genişletilmesine ve 2'si kuzey yarımkürede (Los Alamos ve Antalya), 2'si güney yarımküre (Nambiya ve Avustralya)olmak üzere birbirleri ile koordinasyon halinde 4 ROTSE sistemi inşasına geçilmiştir. Bu projeye katılan guruplar University of Michigan (UM)'den Prof. Carl Akerlof (proje koordinatörü) ve grubu, yine ABD’den Los Alamos Ulusal Laboratuvarı (Los Alamos National Laboratory, LANL) ve Lawrence Livermore National Labaratory (LLNL) araştırmacıları, Türkiye'den Ulusal Gözlemevi, Almanya'dan Max Planck Institute for Nuclear Physics ve Avustralya'dan University of New South Whales’ın bir araya gelerek oluşturdukları bir konsorsiyum tarafından geliştirilmektedir.

ROTSE I,II,III gibi gittikçe daha gelişkin prototiplerle yapılan gözlem ve bulgular, GIP’ların optik ışıma bileşkelerini kaydetmedeki başarısı ile uluslararası bilim dünyasında dikkatleri üzerine çekmiştir^[7].

Ayrıca bakınız

• Kategori:Gama-ışın teleskopları
• Gama-ışın gökbilimi
• Yıldız evrimi

Notlar

1. Gamma Ray Burst: Gama Işın Patlaması

Belgeler

1. Knodlseder ve ark., Astronomy and Astrophysics, (2005), 441, 513
2. Melott 2004
3. M.E.Özel, Doçentlik Tezi, ODTÜ Fizik Bölümü , (1982)
4. Klebesadel, J.L. (1973), 182, ss. L85 
5. BATSE NASA
6. Meszaros, P. (2001), Science 291: 79 
7. M.E.Özel,"Gama Işın Patlamaları: TUG’da Optik Bileşke Belirleme ve Takip" TUG'a sunulan özel rapor, A.İ.B.Ü Fizik bölümü, BOLU , (2002)

Kaynakça

• Edison P. Liang and Vahé Petrosian, ed. (1986). AIP Conference Proceedings No. 141. New York: American Institute of Physics. ISBN 0-88318-340-4. 
• Chattopadhyay, T., et al. (2007). "Statistical Evidence for Three Classes of Gamma-Ray Bursts". Astrophysical Journal 667: 1017. DOI:10.1086/520317. 
• Fishman, C. J. and Meegan, C. A. (1995). "Gamma-Ray Bursts". Annual Review of Astronomy and Astrophysics 33: 415 458. DOI:10.1146/annurev.aa.33.090195.002215. 
• Frontera, F. and Piro, L. (1998). Proceedings of Gamma-Ray Bursts in the Afterglow Era. Astronomy and Astrophysics Supplement Series. http://www.edpsciences.org/articles/aas/abs/1999/15/contents/contents.html. 
• Gehrels, N., et al. (2004). "The Swift Gamma-Ray Burst Mission". Astrophysical Journal 611: 1005–1020. DOI:10.1086/422091. http://adsabs.harvard.edu/abs/2004ApJ...611.1005G. 
• Hakkila, J., et al. (2003). "How Sample Completeness Affects Gamma-Ray Burst Classification". Astrophysical Journal 582: 320. DOI:10.1086/344568. 
• Horvath, I. (1998). "A Third Class of Gamma-Ray Bursts?". Astrophysical Journal 508: 757. DOI:10.1086/306416. 
• Horvath, I., et al. (2006). "A new definition of the intermediate group of gamma-ray bursts". Astronomy and Astrophysics 447: 23. DOI:10.1051/0004-6361:20041129. 
• Hurley, K. (2003). "A Gamma-Ray Burst Bibliography, 1973-2001". G. R. Ricker and R. K. Vanderspek (PDF). Gamma-Ray Burst and Afterglow Astronomy, 2001: A Workshop Celebrating the First Year of the HETE Mission. American Institute of Physics. ss. 153–155. ISBN 0-7354-0122-5. http://www.ssl.berkeley.edu/ipn3/grbbiblio.pdf. Erişim tarihi: 12-03-2009. 
• Katz, Johnathan I. (2002). The Biggest Bangs. Oxford University Press. ISBN 0-19-514570-4. 
• Klebesadel, R. et al. (1973). "Observations of Gamma-Ray Bursts of Cosmic Origin". Astrophysical Journal 182: L85. DOI:10.1086/181225. 
• Kouveliotou, C. et al. (1993). "Identification of two classes of gamma-ray bursts". Astrophysical Journal 413: L101. DOI:10.1086/186969. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=1993ApJ...413L.101K&db_key=AST&link_type=ABSTRACT&high=4322390bbe25658. 
• Meegan, C. A., et al. (1992). "Spatial distribution of gamma-ray bursts observed by BATSE". Nature 355: 143. DOI:10.1038/355143a0. 
• Melott, A. L., et al. (2004). "Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction?". International Journal of Astrobiology 3: 55–61. DOI:10.1017/S1473550404001910. 
• Mukherjee, S., et al. (1998). "Three Types of Gamma-Ray Bursts". Astrophysical Journal 508: 314. DOI:10.1086/306386. 
• Paczyński, Bohdan (1999). "Gamma-Ray Burst–Supernova relation". M. Livio, N. Panagia, K. Sahu. Supernovae and Gamma-Ray Bursts: The Greatest Explosions Since the Big Bang. Space Telescope Science Institute. ss. 1–8. ISBN 0-521-79141-3. 
• Schilling, Govert (2002). Flash! The hunt for the biggest explosions in the universe. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-80053-6. 
• van Paradijs, J., et al. (1997). "Transient optical emission from the error box of the gamma-ray burst of 28 February 1997". Nature 386: 686. DOI:10.1038/386686a0. 
• Bilim Teknik Dergisi, Tübitak, Ocak 2005

Dış bağlantılar

GIP kataloglar ve genelgeler

• Gamma-ray Burst Real-time Sky Map based on Swift data
• GRBlog: A Gamma-Ray Burst Database at University of Texas
• Gamma Ray Burst Coordinates Network
• GRBOX, a feature-rich online (grbox.net) catalog of gamma-ray bursts and their properties for public use
• Greiner's GRB Catalog

GIP genel bilgiler

• Gamma-ray burst information and image from Kyoto University
• Gamma-ray burst FAQ from Caltech
• Gamma-ray burst information from NASA/Swift

GIP misyonu siteleri

• Official NASA Swift Homepage: The Swift Gamma-Ray Burst Mission
• UK Swift Science Data Centre
• Swift Mission Operations Center at Penn State
• HETE-2
• INTEGRAL
• BATSE: Burst and Transient Source Explorer
• Fermi Gamma-ray Large Area Space Telescope launch date: June 11, 2008
• Agile
• EXIST: Energetic X-ray Survey Telescope

GIP takip çalışmaları

• PROMPT: Panchromatic Robotic Optical Monitoring and Polarimetry Telescopes (Wiki entry)
• RAPTOR: Rapid Telescopes for Optical Response
• ROTSE: Robotic Optical Transient Search Experiment
• PAIRITEL: Peters Automated Infrared Imaging Telescope
• MASTER: Mobile Astronomical System of the Telescope-Robots
• KAIT: The Katzman Automatic Imaging Telescope
• BOOTES
• REM: Rapid Eye Mount

Haberler, makaleler ve çoklu ortamlar

• PBS NOVA: Death Star (gamma-ray bursts)
• GRB 971214: Most energetic event in the universe
• GRB 971214: Space Science Update Webcast (RealMedia)
• Animation of Gamma-Ray Burst (Quicktime)
• GRB 980326: Evidence for a massive star connection
• Gamma-ray bursters segment of Science Friday, 3 June 2005 (RealAudio)
• Most distant cosmic blast sighted (BBC reports a registered GRB from about 13 billion light years away)
• Cosmological Gamma-Ray Bursts and Hypernovae Conclusively Linked (ESO)
• GRB 080319B Naked Eye Burst (2008-03-19) reported by NASA, from 7.5 billion light years and Animation of the event
• New Gamma-Ray Burst is Most Distant Naked Eye Object.