Las Cumbres Gözlemevi’ndeki bilim insanları tarafından yönetilen uluslar arası bir ekip, yeni bir yıldız patlaması türü olan elektron yakalayan bir süpernova için ilk kez ikna edici bir kanıt buldu. Bu yıldızlar 40 yıldır kuramsal olarak tespit edilmiş olsa da şimdiye kadar gözlenememişti. Bunların, çok az kanıtı bulunan devasa süper asimtotik dev kolu (SAGB) yıldızlarının patlamalarından kaynaklandığı düşünülmektedir.

Keşif aynı zamanda MS 1054’te tüm dünyada gündüz görülen ve sonunda Yengeç Bulutsusu olarak bildiğimiz süpernovanın bin yıllık gizemine de yeni bir ışık tutuyor. Tarihsel olarak, iki ana süpernova türü olmuştur. Biri termonükleer bir süpernova – beyaz bir cüce yıldızın ikili yıldız sisteminde madde kazandıktan sonra patlaması. Bu beyaz cüceler, düşük kütleli bir yıldızın (güneş kütlesinin yaklaşık 8 katına kadar) ömrünün sonuna ulaşmasından sonra kalan yoğun kül çekirdekleridir.

Bir başka ana süpernova türü, büyük bir yıldızın – güneşin kütlesinin yaklaşık 10 katından fazla – nükleer yakıtının tükendiği ve demir çekirdeğinin çökerek bir kara delik veya nötron yıldızı oluşturduğu demir çekirdek çöküşü süpernovasıdır. Elektron yakalayan süpernovalar, bu iki tür süpernova arasındaki sınırdadır. Yıldızların, çekirdekleri oksijen, neon ve magnezyumdan oluştuğunda füzyonu durdurur; kütleleri demir çekirdek oluşturacak kadar büyük değiller.

Çekim gücü her zaman bir yıldızı ezmeye çalışırken, çoğu yıldızın çökmesini engelleyen şeydir. Yıldızın çekirdeğinde devam eden nükleer füzyon da çökmeyi engeller. Nükleer füzyonun durduğu yıldız çekirdeklerinde atomları daha sıkı bir şekilde paketleyemeyeceğiniz bir gerçektir. Elektron yakalayan süpernovalarda, oksijen – neon – magnezyum çekirdeğindeki bazı elektronlar, elektron yakalama adı verilen süreçte atom çekirdeklerine parçalanır.

Elektronların bu şekilde açığa çıkması, yıldız çekirdeğinin kendi ağırlığı altında bükülmesine ve çökmesine neden olur ve süreç, yıldızın elektron yakalayan bir süpernovaya dönüşmesiyle sonuçlanır. Yıldız biraz daha ağır olsaydı, çekirdeğindeki elementler birleşerek daha ağır elementler oluşturabilir ve ömrünü uzatabilirdi. Yani bu bir tür ters- ‘Yaşanabilir Sınır’ durumudur.

Yıldız, çekirdeğinin çökmesinden kurtulacak kadar hafif, ömrünü uzatacak ve sonra farklı yollarla ölecek kadar da ağır değildir. Bu kuram, Tokyo Üniversitesi’nden Ken’ichi Nomoto ve arkadaşları tarafından 1980’de formüle edilmişti. On yıllar boyunca, teorisyenler elektron yakalayan bir süpernovada ve onların SAGB yıldızlarında nelere dikkat edilmesi gerektiğine dair tahminler formüle etti.

Yıldızlar çok fazla kütleye sahip olmalı, patlamadan önce çoğunu kaybetmeli ve ölmekte olan yıldızın yakınındaki bu kütle alışılmadık bir kimyasal bileşime sahip olmalıdır. O halde elektron yakalayan süpernova zayıf olmalı, çok az radyoaktif serpintiye sahip olmalı ve çekirdeğinde nötronca zengin elementlere sahip olmalıdır.

Bu yeni çalışma, Kaliforniya Üniversitesi’nden astrofizikçi Daichi Hiramatsu tarafından yönetiliyor. Hiramatsu, düzinelerce teleskop kullanılan dünya çapında bilim insanı ekibinin yer aldığı Global Süpernova Project’in çekirdek bir üyesidir. Ekip, süpernova SN 2018zd’nin, bazıları bir süpernovada ilk kez görülen birçok olağandışı özelliğe sahip olduğunu buldu.

Bu süpernova NGC 2146 galaksisinde nispeten yakın – sadece 31 milyon ışık yılı uzaklıkta – sayılacak bir uzaklıktaydı. Ekip patlamadan önce Hubble Uzay Teleskobundan alınan arşiv görüntülerini inceledi ve gözlemler, Samanyolu’nda yakın zamanda tanımlanmış başka bir SAGB yıldızıyla tutarlıydı, ancak normal demir çekirdek çöküşü süpernovalarının ataları olan kırmızı süper dev yıldız modelleriyle tutarsızdı.

Çalışmada, süpernova hakkında yayınlanmış tüm veriler incelendi ve bazılarının elektron yakalayan süpernovalar için öngörülen göstergelerden birkaçına sahipken, yalnızca SN 2018zd’nin tümüne sahip olduğu bulundu – belirgin bir SAGB öncüsü, güçlü süpernova öncesi kütle kaybı, olağandışı bir yıldız kimyasal bileşim, zayıf bir patlama, az radyoaktivite ve nötron açısından zengin bir çekirdek.

Hiramatsu, “Bu tuhaf şey nedir? diye sorarak çalışmaya başladık. Sonra SN 2018zd’nin her yönünü inceledik ve hepsinin elektron yakalama senaryosunda açıklanabileceğini fark ettik” dedi. Yeni keşifler, geçmişin en ünlü süpernovasının bazı gizemlerini de aydınlatıyor. MS 1054’te Samanyolunda bir süpernova meydana geldi. Çin ve Japon kayıtlarına göre o kadar parlaktı ki gündüz 23 gün, gece ise yaklaşık iki yıl görülebildi.

Ortaya çıkan kalıntı, Yengeç Bulutsusu, sonraları ayrıntılı olarak incelenmiştir. Daha önce elektron yakalayan bir süpernova için en iyi adaydı, ancak bu kısmen belirsizdi çünkü patlama yaklaşık bin yıl önce gerçekleşmişti. Yeni sonuç, tarihi SN 1054’ün elektron yakalayan bir süpernova olduğuna dair güveni artırıyor. Ayrıca, süpernovanın modellere kıyasla neden nispeten parlak olduğunu da açıklıyor.

Tokyo Üniversitesi’nden Dr. Ken Nomoto, teorisinin doğrulanmasından heyecan duyduğunu belirterek, “Meslektaşlarım ve benim var olduğunu ve bir bağlantımız olduğunu tahmin ettiğimiz elektron yakalama süpernovasının nihayet keşfedilmiş olmasından çok memnunum. Bu gözlemleri elde etmek için harcanan büyük çabaları çok takdir ediyorum. Bu, gözlemler 40 yıl öncesi bir teorinin birleşiminin harika bir örneğidir” dedi.