TESS Teleskobu Sayesinde Delta Scuti Yıldızlarının Karmaşık Titreşimleri ve Astrosismolojisi Çözülüyor!

Astronomlar, NASA'nın TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) teleskobunun verilerine dayanan bir çalışma sonucu, çok yüksek hızda dönen yıldızlardaki titreşim modellerini elde etmeyi başardılar. Bilim insanları, bu keşifle, yıldızları ayrıntılı inceleme becerileri açısından da devrim yaratacak sonuçlar elde etti. Sydney Üniversitesi profesörlerinden Timm Bedding şöyle diyor:

Delta Scuti yıldızlarının ilginç şekillerde titreşim sergilediği çok açık. Ancak bu titreşim modelleri bugüne dek mevcut olan anlayış biçimimize meydan okudu. Müzikal bir analoji kullanacak olursak, birçok yıldız basit akorlar şeklinde titreşir. Ancak Delta Scuti yıldızları notaları karışmış bir kompleks gibi görünür. TESS bize bunun hepsi için geçerli olmadığını gösterdi.

Yıldızın içindeki ses dalgalarının değişimlerine göre parlaklık, yıldızın bazı kısımlarında artarken, bazı kısımlarında azalır. Örneğin, yıldızın tamamı genişleyip daralırken, çok kısa bir sürede diğer yarımküreler parlaklığını arttırır ve uyumsuz bir şekilde azalır. Aslında tek bir yıldız, astronomlara yaşını, bileşimini ve iç yapısını anlatan titreşim modelleri sergiler. Gökbilimcilerin gözlemlediği tam ışık varyasyonları yıldızın dönüş ekseninin bize doğru olan açısına bağlıdır. Delta Scuti yıldızları ise o kadar hızlı dönerler ki, ovaller şeklinde düzleşirler, bu da gelen sinyalleri karıştırır ve deşifre edilmesini zorlaştırır.

Depremlerin neden olduğu sismik dalgalanmaları inceleyen jeologlar, bu dalgaların dünyanın içinden geçerken ortaya çıkardığı yankılanmalar ve yön değişimlerinden yola çıkarak onun iç yapısını öğrenebiliyorlardı. Aynı prensiple gökbilimciler yıldızları öğrenebiliyorlar. Buna astrosismoloji denir. Özetle şöyle açıklayabiliriz: Bu, yıldızın yaydığı titreşimlerden faydalanarak yıldızı öğrenmemizi mümkün kılar. Yıldızın içinden gelen ses dalgaları geldiği derinliğe göre değişik hızlardadır ve hepsi yıldızın yüzeyinde birleşirler. Bu değişiklikler, yıldızın parlaklığındaki dalgalanmalar olarak bize yansır ve bu sayede yıldızın yaşı, sıcaklığı, iç yapısı ve bileşimleri öğrenilir. Delta Scuti yıldızları, Güneş'imizin 1,5-2,5 katı kadar büyüklüğe sahiptirler. 202 ışık yılı uzaklıkta Kalkan Takımyıldızı'nda bulunurlar.

Bilim insanları, Delta Scuti yıldızlarının titreşimlerini yorumlamakta oldukça güçlük çekiyorlardı. Delta Scuti, Güneş'imizden 12 kat kadar hızlı döner. Yıldızın dönüş hızının çok olması, onun kutuplardan düzleşmiş bir form almasına sebep olur. Böylelikle yıldızdan gelen titreşimler karışır ve çözülmesini neredeyse tamamen imkansızlaştırır.

Eğer Delta Scuti yıldızlarının kaotik titreşimlerinde bir düzen varsa, gökbilimciler bunu belirleyebilmek için hızlı örnekleme modeli kullanmakla büyük bir yıldız kümesini defalarca gözlemlemeliydiler. TESS, 4 kamerasıyla 27 gün boyunca her 30 dakikada bir görüntü çekiyordu. Ancak bu yöntem, Delta Scuti için yeterli değil, çünkü yıldızdaki dalgalanmalar dakikalar içinde bile gerçekleşebilir ve geçen süre boyunca muhtemelen bu dalgalanmaları kaçırmış oluruz.

Ancak TESS önceden seçilmiş olan birkaç bin yıldızla beraber her 2 dakikada bir anlık görüntü çekmeye başladı. Bedding ve meslektaşları bu ölçümleri sıraladı ve düzenli nabız örüntülerine sahip bir Delta Scuti alt kümesi keşfettiler. Ne arayacaklarını bildiklerinde, benzer gözlem stratejisi kullanan Kepler'den bazı örnekler aldılar. Böylece benzer örüntülere sahip toplamda 60 Delta Scuti yıldız grubu belirlediler.

NASA

Doktora sonrası araştırmacı olan yardımcı yazar Simor Murphy:

Bu gerçekten bir dönüm noktası. Artık elimizde bu yıldızları anlayabileceğimiz bir dizi titreşim modelleri var. Astrosismoloji daha önce yapamadığımız şekilde yıldızları öğrenmemiz için bize imkan tanıyacak. Ancak elbette bu sadece bir başlangıç...

Yukarıdaki videoda güney takımyıldızı olan Lepus'taki Delta Scuti HD31901 yıldızının titreşimlerini duyabilirsiniz. Düzensiz titreşimleri ile bilinen Delta Scuti takımyıldızlarından HD 31901 gibi bazılarının belirli düzene sahip olduklarını artık biliyoruz. New Haven'daki Yale Üniversitesinde gökbilim profesörü olan ve araştırmaya dahil olmasa da asterosismoloji üzerine çalışan Sarbani Basu şöyle diyor:

Delta Scuti yıldızları karmaşık titreşimleri nedeniyle sinirbozucu bir hedef haline gelmişti, bu yüzden bu keşif çok heyecan verici! Artık oyunun kuralları değişiyor, nihayet titreşim modellerini belirlemekle sismik analizler yaparak, bu yıldız altkümesini doğru bir şekilde analiz edebileceğiz.

Bir başka faktör, TESS'in görüş açısı olabilir. Teorik hesaplamalar, dönen bir yıldızın ekvatorundan ziyade dönme kutpunun bize baktığı zaman titreşim modellerinin daha basit olması gerektiğini gösterir. Ekibin TESS veri seti yaklaşık 1000 Delta Scuti yıldızı içeriyordu. Bu da şans eseri onlardan bazılarının dönme kutbuna yakın bir pozisyonda gözlemlenmesi gerektiği anlamına geliyor.

Bilim insanları bu modelleri geliştirmeye devam edecek. TESS sayesinde yeni yıldız türlerinin yanı sıra bilindik yıldızlar hakkında da pek çok yeni gerçeklerin ortaya çıkarması bekleniyor.