La Silla'daki BlackGEM: kütleçekim dalgası kaynaklarının ışığını arayan üç teleskop

Avrupa Güney Gözlemevi (ESO), 19 Ekim'de yayımladığı haftanın fotoğrafında Şili'deki La Silla Gözlemevi'nde, yıldızlı bir gökyüzünün altında duran alışılmadık görünümlü bir aleti öne çıkardı: BlackGEM teleskoplarından birini. ESO'nun ev sahipliği yaptığı üç teleskoplu dizi, Hollanda ve Belçika'daki kurumların ortak projesi. Teleskoplar Hollanda'daki Radboud Üniversitesi'nden uzaktan yönetilebiliyor.

Fotoğrafın konusu bir teleskop olsa da asıl hikâye, bu teleskopların neyi beklediği: Evrenin en şiddetli çarpışmalarından birinin, iki nötron yıldızının birleşmesinin geride bıraktığı sönük ışık.

Kütleçekim dalgası dedektörleri neden yardıma ihtiyaç duyuyor?

Nötron yıldızları ya da kara delikler birleştiğinde uzay-zamanda kütleçekim dalgası denen dalgalanmalar yayılır. ABD'deki LIGO ve İtalya'daki Virgo gibi lazer interferometreleri bu dalgaları algılayabiliyor, ama ESO'nun belirttiği gibi kaynağın gökyüzündeki yerini kesin olarak bulmakta zorlanıyor.

BlackGEM ekibinin 2024'te yayımlanan tanıtım makalesine göre bu dedektörlerin konum belirsizliği, yani "hata kutusu", sinyalin gücüne, çalışan dedektör sayısına ve kaynağın yönüne bağlı olarak onlarca ile binlerce derece kare arasında değişiyor. Dolunayın çapının yaklaşık yarım derece olduğu düşünülürse, 100 derece karelik bir alana yüzlerce dolunay sığar. Bu genişlikte bir bölgede yeni beliren tek bir sönük noktayı bulmak, samanlıkta iğne aramaya benziyor.

Üstelik her birleşme ışık da vermiyor. ESO'nun açıklamasına göre iki kara deliğin birleşmesi neredeyse görünmez. Ama birleşen cisimlerden en az biri nötron yıldızıysa, maddenin tamamı oluşan kara deliğe düşmüyor; dışarıda kalan malzeme ısınıp teleskoplarla görülebilecek sönük bir ışık yayıyor. Gökbilimciler bu parıltıya kilonova diyor.

2017'de ilk kez görülmüştü

Bu tür bir olayın ilk örneği GW170817 olarak biliniyor. ESO'nun 16 Ekim 2017 tarihli duyurusuna göre Hydra (Suyılanı) takımyıldızı yönünde, yaklaşık 130 milyon ışık yılı uzaklıktaki NGC 4993 galaksisinde iki nötron yıldızının birleşmesi kütleçekim dalgalarıyla yakalanmış, ardından Çok Büyük Teleskop (VLT) dahil ESO'nun pek çok teleskobu kilonovayı izlemişti. Gözlemler, birleşmede altın ve platin gibi ağır elementlerin üretilip uzaya saçıldığını gösterdi. Bu, ağır elementlerin kökeni sorusuna doğrudan bir cevaptı.

BlackGEM makalesi, GW170817'nin kütleçekim dalgası ve ışık gözlemlerini birleştirmenin ne kadar bilgi verdiğini gösterdiğini, ama asıl darboğazın kaynağın yerini bulmak ve yeterince derin bakmak olduğunu vurguluyor. Nötron yıldızı birleşmelerinin ışığında hâlâ keşfedilecek çok şey var; sitemizde daha önce böyle bir birleşmenin gizli X-ışını evresini de anlatmıştık.

Üç küçük teleskop, geniş bir bakış

Makaleye göre her BlackGEM teleskobu 65 santimetrelik bir ana ayna ve 110 megapiksellik bir CCD kamerayla donatılmış. Tek bir teleskop gökyüzünün 2,7 derece karesini bir seferde görüyor; üçü birlikte 8,2 derece kare. Ekip, tek bir büyük teleskop yerine küçük teleskoplardan oluşan bir dizi kurmayı maliyet nedeniyle seçtiğini yazıyor.

Teleskoplar Ekim 2019'da La Silla'ya kuruldu. COVID-19 nedeniyle uzayan bir aradan sonra bilimsel gözlemler 1 Nisan 2023'te başladı ve beş yıl sürmesi planlanıyor. Proje 2012'de başlarken hedefleri açıkça tanımlanmış: kütleçekim dalgası uyarısından en geç 10 dakika sonra gözleme başlamak, 100 derece kareye kadar bir hata kutusunu en fazla iki saatte taramak ve yeni Ay koşullarında 23. kadire kadar sönük kaynakları görebilmek. Kadir, gökbilimde parlaklık ölçüsüdür; sayı büyüdükçe cisim sönükleşir.

Renk neden önemli?

Her teleskobun altı filtreli bir filtre çarkı var. Bunun nedeni kilonovaların renk davranışı: Modeller ve GW170817 gözlemleri, kilonovaların ilk saatlerde ve günlerde hızla kızardığını gösteriyor. Makaleye göre bu hızlı renk değişimi, bir kilonovayı genç süpernovalardan ya da Samanyolu'ndaki cüce nova patlamaları gibi başka ani parlamalardan ayırmanın güçlü bir yolu.

Bir uyarı geldiğinde, LIGO-Virgo-KAGRA işbirliğinin gönderdiği olasılık haritası gökyüzünü bölen hazır bir ızgarayla eşleştiriliyor ve en olası bölgeler sırayla taranıyor. Asteroitlerin yanlış alarm vermemesi için aynı alanlar hemen yeniden görüntüleniyor; aday kaynaklar son elemeden ekipteki gökbilimcilerin gözüyle geçiyor. ESO'nun açıklamasına göre kaynak bir kez bulunduğunda VLT gibi daha büyük teleskoplar ayrıntılı gözlemi devralıyor.

Henüz yakalanmış bir kilonova yok

Makalenin son sürümüne göre BlackGEM, 1 Ocak ile 20 Ekim 2024 arasında 550'den fazla yeni geçici kaynak buldu; bunların 227'sini ilk bildiren BlackGEM ekibiydi. Dizinin ilk tespiti, şimdiye kadar gözlenen en parlak gama ışını patlaması olan GRB 221009A'ydı. Listede NGC 253 galaksisindeki bir nova ve gözlenmiş en sönük süpernovalardan biri de var.

Ama asıl hedef, yani bir kütleçekim dalgası kaynağının ışığı, makalenin yazıldığı tarihe kadar yakalanamamıştı. Ekip bunu, LIGO-Virgo-KAGRA'nın O4 gözlem döneminde yakın evrende beklenenden az nötron yıldızı birleşmesi görülmesine bağlıyor. Makalede aktarılan güncel sınırlara göre 200 megaparseklik (yaklaşık 650 milyon ışık yılı) bir mesafe içinde yılda 10'dan az böyle olay bekleniyor. ESO'nun bu haftaki duyurusu, o tarihten bu yana yeni bir tespit olup olmadığına değinmiyor.

Güney gökyüzünde kesintisiz nöbet

Makaleye göre La Silla'nın seçilmesi tesadüf değil. Proje başladığında güney yarımkürede bütün gereksinimleri aynı anda karşılayan bir tesis yoktu; Hollanda'nın ESO'ya uzun süreli üyeliği de Şili'yi öne çıkardı. Bugün BlackGEM, Güney Afrika'daki öncülü MeerLICHT, ATLAS istasyonları ve Avustralya'daki GOTO-South teleskoplarıyla birlikte güney gökyüzünün günün her saatinde izlenebilmesine katkı veriyor.

Kütleçekim dalgası uyarısının gelmediği gecelerde de dizi boş durmuyor: Yakın evrendeki ani olayları ve yıldızların kısa süreli parlaklık değişimlerini tarıyor, güney gökyüzünün altı renkte haritasını çıkarıyor. Açık soru, yakın evrendeki bir sonraki nötron yıldızı birleşmesinin ne zaman yaşanacağı. O an geldiğinde BlackGEM'in bütün tasarımı, uyarıdan dakikalar sonra gökyüzünü taramaya başlamak üzerine kurulu.