PSR J0952-0607: Dünya'dan Gözlenebilen En Ağır Nötron Yıldızı (ve Pulsar), Aslında Eşini Yiyen Bir "Karadul" Örümceği Gibi Davranıyor!

Saniyede 707 kez dönen, çökmüş, yoğun bir nötron yıldızı! Bu akıl almaz hız onu Samanyolu galaksisinin en hızlı dönen nötron yıldızlarından biri yapıyor. Bu yıldız, yakınında bulunan bir diğer yıldızın neredeyse tüm kütlesini parçalayıp tükettiği için, "şimdiye kadar tespit edilen en ağır nötron yıldızı" unvanını aldı.

Güneşin kütlesinin 2.35 katı olan bu nötron yıldızının ağırlığını ölçmek, gökbilimcilerin "nötron yıldızı" denen bu yoğun nesnelerin içindeki olağandışı kuantum durumunu kavramalarını sağlıyor. Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley'de Seçkin Astronomi Profesörü olan Alex Filippenko şunları söylüyor:

Uranyum atomunun çekirdeğinde olduğu gibi, maddenin nükleer yoğunluklarda nasıl davrandığına dair genel bir anlayışa sahibiz. Fakat söz konusu 1.5 Güneş kütlesine ya da kabaca 500.000 Dünya kütlesine sahip bir nötron yıldızı olduğunda, bu yıldızın nasıl davranacağını kestirebilmek pek kolay değildir.

Stanford Üniversitesi'nde astrofizik profesörü olan Roger Romani, nötron yıldızlarının, evrende kara delikler dışında en yoğun maddeye sahip şeyler olduğunu ve olay ufkunun onları incelemeyi imkansız kıldığını belirtti.

Bu pulsar çekirdeklerinde santimetre küp başına 610 milyon tondan fazla ağırlığa sahiptir. PSR J0952-0607 olarak adlandırılan bu pulsar, Dünya'dan görülebilen en yoğun nesnedir.

Commons Wikimedia

Hawaii Maunakea'daki 10 metrelik Keck I teleskobu, aşırı hassasiyeti sayesinde pulsarın kütlesini belirlemeyi mümkün kıldı. Bunu, şimdi büyük bir gaz gezegeni boyutuna küçültülmüş ancak öncesinde sıcak bir şekilde parlayan yıldızdan gelen bir görünür ışık spektrumu kaydederek yaptı. Bu iki yıldızın, dünyadan 3200 ila 5700 ışık yılı uzaklıkta olduğu bulundu.

PSR J0952-0607 veya popüler adıyla karadul pulsarı, 2017 yılında keşfedildi.^[1] Bu yıldız, dişi karadul örümceğinin çiftleştikten sonra çok daha küçük olan erkeği tüketme eğilimine benzediği için Karadul Pulsarı olarak adlandırıldı. On yıldan uzun bir süredir Filippenko ve Romani, nötron yıldızlarının genişleyebileceği maksimum boyutu belirlemek amacıyla bu tür karadul sistemlerini araştırdılar. Stanford Beşeri Bilimler ve Bilimler Okulu'nda fizik profesörü ve Kavli Parçacık Astrofiziği ve Kozmoloji Enstitüsü üyesi olan Romani, şunları söylüyor:

Bu ölçümü diğer birkaç karadulunkiyle birleştirerek, nötron yıldızlarının minimum 2.35 güneş kütlesi (artı veya eksi 0.17 güneş kütlesi) olması gerektiğini gösteriyoruz. Bu da, atom çekirdeğinde bulunanlardan birkaç kat daha fazla yoğunlukta maddenin özellikleri üzerinde en güçlü kısıtlamalardan bazılarını sunuyor. Aslında, yoğun madde fiziğinin birçok popüler modeli bu bulgu tarafından reddediliyor.

Eğer nötron yıldızlarının maksimum kütlesi yaklaşık 2.35 güneş kütlesi ise, o zaman iç kısım yüksek ihtimalle normal proton ve nötronların bileşenleri olan, yukarı ve aşağı kuarklardan ve nötronlardan oluşan bir çorba olmalıdır. Ancak egzotik maddeler olan "tuhaf kuarklar" ya da kaonlar buna dahil değildir. Ramoni şunları söylüyor:

Bir nötron yıldızının maksimum kütlesinin yüksek olması, iç kısmının bir çekirdek karışımından ve onların çözünmüş yukarı ve aşağı kuarklarından oluştuğunu ima eder. Bu, özellikle egzotik iç bileşime sahip olanlar olmak üzere, çok sayıda önerilen madde durumunu ortadan kaldırmaktadır.

Lisanslı Görsel

Nötron Yıldızları Ne Kadar Büyüyebilirler?

Çoğu gökbilimci, 1.4 Güneş kütlesinden daha ağır bir yıldızın ömrünün sonunda çökerek, yoğun ve sıkışık bir nesne oluşturduğunda hemfikirdir Bu nesnenin çekirdeği öylesine büyük bir basınç altındadır ki, tüm atomları bir nötronlardan ve onları oluşturan parçacıklar olan kuarklardan oluşan bir deniz oluşturur. Bu nötron yıldızları dönerek doğarlar ve görünür ışıkta görülemeyecek kadar sönük olmalarına rağmen, tıpkı bir deniz feneri gibi dönerken ışık huzmeleri, radyo dalgaları, X ışınları ve hatta gama ışınları ile Dünya'yı parlatırlar (bunlara pulsar deriz).

Normal pulsarlar saniyede yaklaşık bir kez döner ve yanıp sönerler. Bu, bir yıldızın çökmeden önceki normal dönüşüyle karşılaştırıldığında, kolayca açıklanabilen bir hızdır. Gökbilimciler ise, yakındaki eş yıldızdan bir maddenin pulsara düşmedikçe ve onu döndürmedikçe, bazı pulsarların neden saniyede yüzlerce hatta 1.000 kez tekrar ettiklerini açıklamanın oldukça zor olduğunu belirtti. Fakat bazı Milisaniyelik Pulsarların (İng: "millisecond pulsar") yakınında herhangi bir yıldız da bulunamadı. Bu olayın ilginç yanı ise, yanında herhangi bir yıldız bulunmayan milisaniyelik pulsarlar, nasıl oldu da üzerlerine herhangi bir madde düşmeden bu hızlarını koruyabildiler?

Yanında herhangi bir yıldız bulunmayan milisaniyelik pulsarların da aslında bir zamanlar yakınlarında bir eş yıldızının olduğu, ancak zamanla pulsar, yakınındaki o eş yıldızı tamamıyla yuttuğu için şimdi görülemediği belirtildi. Filippenko şunları söylüyor:

Evrim süreci gerçekten büyüleyici. Gerçekten büyüleyici! Eş yıldız evrimleşip kırmızı bir deve dönüşmeye başladığında, maddeler nötron yıldızına dökülmeye başlar, bu da nötron yıldızının dönüş hızını artırır. Hızı arttıkça inanılmaz derecede enerji depolar ve böylelikle bir parçacık rüzgarı nötron yıldızından çıkmaya başlar. Bu parçacık rüzgarı sonrasında eş yıldıza çarpar ve maddeyi yıldızdan sökmeye başlar. Zamanla eş yıldızın kütlesi ortalama bir gaz gezegeni kütlesine düşer ve daha fazla vakit geçtikçe tamamıyla yok olur. Böylelikle de yalnız milisaniyelik pulsarlar oluşur. Yani başlangıçta aslında şimdiki gibi yalnız değillerdi. Ancak yavaş yavaş eş yıldızlarını buharlaştırdılar ve şimdi ise yalnızlar.

PSR J0952-0607 pulsarı ve eş yıldızı, milisaniyelik pulsarların köken hikayesini destekliyor. Romani şunları söylüyor:

Bu gezegenimsi objeler, kütle ve açısal momentuma katkıda bulunan, pulsar arkadaşlarının kütlesini artıran ve onları milisaniye periyotlarına döndüren normal yıldızların kalıntılarıdır. Kozmik bir saygısızlık yaparak eşinin büyük bir kısmını yiyen bir karadul pulsarı, şimdi eşini, gezegensel bir kütleye ve hatta belki de tamamen yok oluşa varacak düzeyde ısıtıyor ve buharlaştırıyor.

Lisanslı Görsel

Karadul Pulsarların da Kızıl Sırtları Var!

Küçük ama saptanabilir bir eş yıldızıyla karadul pulsarlarını bulmak, nötron yıldızlarını tartmanın birkaç yolundan biridir. Şu anda Jüpiter'in kütlesinin sadece 20 katı olan bu ikili sistemdeki eş yıldız, pulsarın kütlesi tarafından bükülür ve yörüngeye kilitlenir, ayımızın yörüngeye kilitlenip tek bir yüzünü görmemiz ise buna bir örnektir. Pulsarın, yıldıza bakan tarafı 10.700 derecelere kadar ısınıp, ancak böylelikle dev bir teleskopla görülebilir hale gelmiştir.

Filippenko ve Romani son 4 yılda toplamda 6 kez Keck I teleskobunu PSR J0952-0607 pulsarına çevirdiler. Her defasında eş yıldızı, pulsarın 6.4 saatlik yörüngesindeki spesifik noktalarda yakalamak için 15 dakikalık parçalar halinde düşük çözünürlüklü görüntüleme spektrometresi ile gözlem yaptılar. Nötron yıldızının kütlesini belirleyebildiler ve spektrumları diğer güneş benzeri yıldızlarınkilerle karşılaştırarak eşlik eden yıldızın yörünge hızını ölçebildiler.

Filippenko ve Romani'nin şimdiye kadar incelediği karadul sistemlerinden sadece altısı eşlik eden ve bir kütle belirlemelerine izin verecek kadar parlak yıldızlara sahipti. Bu altı adet nötron yıldızının hepsi, PSR J0952-0607'den daha az kütleliydi.

Filippenko ve Romani daha fazla karadul pulsarları ve bu pulsarların Avustralyalı akrabası olan "kızıl sırtlıları" incelemeyi düşünüyorlar. Kızıl sırtlılar, Güneş kütlesinin %10'una yakın kütleli eşlere sahiptir. Ayrıca Romani'nin ağ ören örümceklerin cins adından ilham alarak isimlendirdiği "tidarren" adlı yıldızları da gözlemek istiyorlar. Bunlara bu ismin verilme nedeni, eş yıldızlarının kütlesinin Güneş'in %1'i civarında olmasıdır; zira Tidarren sisyphoides türü örümceklerin de erkekleri, dişilerinin sadece %1'i kadardır. Filippenko şunları söylüyor:

Kara delik olmas sınırına daha da yakın olan karadulları ve benzeri pulsarları aramaya devam edebiliriz. Bununla birlikte, herhangi bir şey keşfedemezsek, 2.3 güneş kütlesinin gerçek üst sınır olduğu ve ardından kara deliklere dönüştüğü iddiasını güçlendirmiş oluruz.

Son olarak Romani şunları söylüyor:

Bu Keck I teleskobunun gözlemleyebileceği şeylerin sınırıdır. Fantastik gözlem koşulları dışında, PSR J0952-0607 karadul pulsarının üzerinde belirtmiş olduğumuz iddialar ancak 30 metrelik bir teleskopla gerçekleştirilebilir.