Evrenin Kalp Atışları: Pulsarlar (Atarcalar) ve "Sesleri"

Pulsarlar, kalp atışları gibi muntazam ritimlerle uzaya radyo dalgaları gönderen nötron yıldızlarıdır. Latincede “pulsate” kelimesinden gelen pulsar “ kalp gibi atan” anlamına gelir.

İlk defa 1967 yılında Cambridge Üniversitesi araştırmacıları tarafından fark edildi. Uzayın belli bölgesinden gelen, düzenli ve sürekli radyo sinyalleri yakalandı. Bu sinyallerin sebebi başta zeki yaşam formları olarak yorumlansa da daha sonra yüksek hızda dönen nötron yıldızından geldiği anlaşıldı.

Peki pulsar nedir? Gelin birazcık detaya inelim.

Yıldızlar kütlelerine göre evrilirler. Bir yıldızın kütlesi ne kadar küçükse sıcaklığı da bir o kadar düşük olur; ömrü de o kadar uzun. Kütlesi çok büyük olan yıldızlar ise çalkantılı bir süreçle doğup yine aynı şekilde devam ederler. Fakat ömürleri çok kısadır. Bir yıldızın kütlesi ne kadar büyükse sıcaklığı ve çapı da o kadar büyüktür. Bu büyük kütleli yıldızların hırçın ömrü çok ihtişamlı bir şekilde son bulur.

Yeterince dev yıldızlar, nükleer yakıtlarını bitirince dengeleri bozulur. Bu denge, yıldızın yıldız olmasını sağlayan hidrostatik dengedir; yıldız yüzeyinde nükleer reaksiyonların gerçekleşmesiyle çekirdekten dışa doğru oluşan basınç kuvvetinin ve kütle çekim kuvveti ile dengelenmesidir.

Nükleer yakıtı biten dev yıldızın kütle çekim kuvveti, basınç kuvvetine baskın hale gelir. Öyle ki yıldız kendi kütle çekimi altında çökmeye başlar. Unutmayın devasa büyüklükte bir yıldızdan bahsediyoruz. Kütle çekim kuvveti o kadar yüksek ki atomun yapı taşları olan proton ve elektronlar dahi bundan etkilenir. Proton ve elektronlar bu çekim kuvvetine karşı koyamaz ve bir araya gelip nötronları oluştururlar.

Artık elimizde tamamıyla nötronlardan oluşmuş bir yıldız çekirdeği vardır. Yine çökme nedeniyle yıldız çekirdeği, açısal momentumu gereği hızla dönmeye başlar. (Buz pistinin üzerinde kollarını açarak dönen bir balerin düşünebilirsiniz; kollarını kendine doğru çektiğinde daha hızlı döndüğünü fark edersiniz.) Yüksek sıcaklığa ve manyetik alana sahip olan nötron yıldızı, manyetik kutuplarından uzaya doğru X-ışını saçar. Meydana gelen bu yapıya ise pulsar (atarca) denir.

Pulsarlar, çok yüksek hızlarda kendi etrafında dönen ve sahip olduğu manyetik alanla kutuplarından uzaya doğru parçacık saçan(X-ışını) nötron yıldızlarıdır.

Bir 10-15 km yarıçaplı bir pulsar, yaklaşık 1 milyon km yarıçaplı Güneş’ten çok çok daha büyük bir kütleye sahip oldukça mıknatıslanmış bir yapıdır. Kütlesi o derece fazladır ki bir çay kaşığı nötron yıldızı yaklaşık bir milyon ton ağırlığındadır. Işınım manyetik kutuplardan dışarı yayılır ve radyasyon atımları (pulse-darbe), ışın Dünya’ya denk geldikçe alınır; deniz feneri ışınının parlamasına neden olduğu gibi. Muazzam kozmik çarkları olan bu saat “tik tak” ları, onları insanlığın bilinen en iyi saatleri yapar.

Adlandırılması ise darbeli radyo kaynağı’nın (Pulse Sourse of Radyo) kısaltması PSR olarak alındı. Takip eden sayı kodu ise pulsarın konumunu vermektedir. Örneğin; PSR B0329+54. PSR darbekli radyo kaynağı olduğunu , B0329+54 pulsarın gökyüzündeki konumunu belirtir. Yakın konumda olanlar için ise harflar kullanılmaktadır. 

Aşağıda verilen sesler, dünyadaki en büyük radyo teleskoplarının bazılarının aldığı gibi gökyüzündeki en parlak pulsarların yaydığı radyo dalgalarına doğrudan karşılık geliyor. Bunların aslında gerçek anlamıyla "ses dalgası" olmadığını, sadece radyo dalgalarının sese dönüştürülerek bizim işitme aralığımıza eşlenmesi ile üretildiğini vurgulayalım.

Pulsar Kayıtları

PSR B0835-45 (Vela Pulsarı)

Vela pulsarı, 10.000 yıl önce süpernova patlaması gerçekleştiren büyük kütleli bir yıldızın oluşturduğu Vela Süpernova Kalıntısının merkezinde yer alıyor. 89 milisaniyelik bir periyotta bir başka deyişle saniyede 11 kere dönen bu yıldızın çökmüş çekirdeğidir. Bu kayıt, Avustralya’daki Parkes telsiz teleskobuyla yapılmıştır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR B0531+21 (Yengeç Pulsarı)

Yengeç pulsarı bilinen en genç pulsardır. 1054 yılında gerçekleşmiş olan süpernova patlamasının atıkları Yengeç Nebulasının (bulutsusunun) merkezinde yer alır. Gerçekleşen bu patlamaya Avrupalılar ve Çinliler tanık olmuşlardır. Bu patlama öyle büyük bir patlamadır ki 23 gün boyunca gündüz dahi görülmüş, geceleri patlamanın ışığı sayesinde kitap okunmuştur. Pulsar saniyede yaklaşık 30 kez döner. Her atım (pulse) son derece güçlüdür ve bu atımlara “Dev Titreşimler (atımlar)” olarak adlandırılır. Pulsar, 0,033045 saniyelik bir periyotla döner. Yengeç Pulsarı 963 yaşındadır. Bu kayıt, Jodrell Bank’taki Lovell teleskobuyla yapılmıştır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR J0437-4715

Bilinen mili-saniye pulsarlarının en parlak olanıdır. Pulsar, 0.005757 saniyelik bir periyotla döner yani bir saniyede 173.7 kez döner. Çok hızlı döndüğü için çıkan ses yaban arısı sesi gibidir. Bu pulsar, bilinen en istikrarlı doğal saat olarak nitelendirilebilinir. İnsan yapımı atom saatlerinden bile daha duyarlı ve daha kararlıdır. 509,8 ışık yılı uzaktadır. Çok yaşlı bir pulsardır. Bu kayıt, Avustralya’daki Parkes telsiz teleskobuyla yapılmıştır.

(Uyarı: Sesi biraz kısın)

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR B0329+54

Bu, kuzey yarım küredeki en parlak pulsar. Bu pulsar, 0.714520 saniyelik bir periyotla döner. Lokomotife benzer bir ses çıkaran pulsar, saniyede yaklaşık bir buçuk tur yapar. Her sesin (pulse-atım) farklı bir yapıya sahip olduğunu duyabilir ve görebilirsiniz. Bu kayıt, Jodrell Bank’taki Lovell teleskobu ile yapılmıştır. Pulsarın yaşı 5,5 milyon yıldır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR B1822-09

Bu pulsarın, yukarıdaki pulsar ile benzer bir dönme periyodu vardır. Pulsar, 0.769006 saniyelik bir periyotla döner. Yaşı ise 200.000 yıldır. Bu kayıt, Jodrell Bank’taki Lovell teleskobu ile yapılmıştır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR B1933+16

Pulsar, 0,358738 saniyelik bir periyotla döner. İlginç tarafı şu ki, bu pulsarın verileri ilk kez televizyon kanalında canlı yayında elde edilmiştir. Mart 2014 tarihinde BBC canlı yayınında ses kaydı alınmıştır. Kayıt esnasında teleskop pulsara doğru yönledirilir ve altı saniyeden sonra kalp atışı benzeri bir pulsar sinyali alınır. Pulsarın yaşı 900.000 yıldır. Bu kayıt, Jodrell Bank’taki Lovell teleskobu ile yapılmıştır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

PSR B1055-52

Bu pulsar, karmaşık pulsar sinyalinin bir örneğidir. Farklı bir dönme hareketi mevcuttur; bu garip dönme sayesinde her iki manyetik kutbundan çıkan sesi duyabiliyoruz. Her bir ses bir kutbundan gelmektedir. Diğerler pulsar örneklerinde her bir atım bir dönüş periyoduna eşit iken, bu pulsar da her iki atım bir dönüş periyoduna eşittir. Pulsar,0,197 saniyelik bir periyotla döner. Her 0.1 saniyede bir atım gözlenir. Pulsarın yaşı 500.000 yıldır. Bu kayıt, Avustralya’daki Parkes telsiz teleskobuyla yapılmıştır.

Dinlemek için buraya tıklayın.

Kayıtlar Bize Ne Anlatıyor?

Videolarda ne görüyorum?

Sinyal (dolayısıyla ses) radyo teleskobu tarafından kaydedilen radyo şiddetinin (dikey eksen) zamanla (yatay eksen) nasıl değiştiğini gösterir. Atımlar, her dönüşte Dünya’ ya düzenli aralıklarla gelen pulsarın ışınına karşılık gelir. Bir atım esnasındaki süre (yatay eksen) 360 derecelik tam dönüşüme karşılık gelen derece cinsinden görüntülenir. Darbelerin yapısının görülebilmesi için, grafik 360 derecenin yalnızca bir kısmı görülebilecek şekilde yaklaştırılmıştır.

Sesler nasıl oluşturuluyor?

Pulsarlardan aldığımız radyo dalgaları,elektromanyetik dalgalardır; yani sese değil ışığa çok benzerdir. Bir radyo teleskopu bir radyoya benzer şekilde çalışır; radyo dalgalarını kaydeder ve kaydedilen sinyallerden ses çıkarmak için kullanılabilir. Örneğin AM veya FM’yi kullanabilen telsizlerle benzer şekilde, bunun yapılabileceği farklı yollar vardır. Bu sesler, kaydedilen radyo dalgalarının yoğunluğunu/şiddetini, üretilen ses dalgalarının genliği olarak kullanmaktadır.

“Dağılım”ı düzeltmek için herhangi bir ihtiyaç var mı?

Normal bir radyonun aksine, radyo teleskobu belirli bir radyo frekansını ayarlamaz. Daha geniş bir bant genişliği kullanarak, daha zayıf sinyallerin algılanmasına izin verilir. Bu daha fazla sinyal toplanabileceği anlamına gelir. Uzay mükemmel bir vakum ortamı değildir ve bu nedenle radyo dalgalarının yayılma hızı (ışık hızı) farklı radyo frekanslarında farklı olacaktır. Bu etki (dağılma olarak adlandırılır) pulsarlardan gelen atımların, radyo dalgalarının frekansına bağlı olarak biraz farklı zamanlarda geldiği anlamına gelir.

Bazı Simülasyon Pulsar Sesleri

PSR B1937 + 21

Bilinen en hızlı ikinci pulsardır. 0.00155780644887275 saniyelik bir periyotla döner bir başka deyişle saniyede 642 kez kendi etrafında döner. Bu dönüş hızı ışık hızının 7'de birine eşittir. Çok büyük merkezkaç kuvveti nedeniyle dağılması gerekirken, yüzeyin uçup gitmesini önleyen muazzam kütle çekimi kuvveti mevcuttur. Bu pulsar, bir pulsar sesi yapmak için doğrudan kullanılamaz çünkü çok zayıftır. Fakat gelecekte geliştirilen daha iyi telsiz teleskopları ile sesi böyle olacak.

En hızlı dönen pulsar PSR J1748-2446ad, saniyede 716 kez yaklaşık % 10 daha hızlı dönüyor.

47 Tucanae

Bu küresel yıldız kümesi olan 47 Tucanae, 2 ila 8 ms arasındaki periyotlarla 22 tane pulsar barındırır. Çoğu çift sistemlere dahildir. Kümede yüzlerce nesnenin daha olduğunu tahmin ediliyor ancak tespit edilmesi çok zor. Tespit edilen pulsarlar bile pulsar sesi üretmek için çok zayıftır. Güney yarı küreden gözlemlenebilen küresel küme Türkiye’den görülemez. 47 Tucanae, Sir Patrick Moore’un Caldwell kataloğuna C106 olarak dahil edilmiştir.