Nötron Yıldızları Ne Kadar Küçükler?

264

Yeni bir çalışmaya göre çoğu nötron yıldızı, Güneşimizin iki katı kadar kütleyi, neredeyse 22 kilometre genişlikte bir küreye sıkıştırıyor. Bu büyüklük de bir kara deliğin çoğu zaman bir nötron yıldızını yutabileceği anlamına geliyor.

Bir nötron yıldızının sanatçı tasviri. Casey Reed

Nötron yıldızları, dev bir yıldız süpernova haline geldiğinde geride bırakılan yıldız kadavralarıdır. Hayal edilemeyecek kadar yoğundurlar. Dünya yüzeyinde bulunan bir yemek kaşığı kadar nötron yıldızı maddesi kabaca Everest Dağı kadar ağırlığa sahip olacaktır (karşılaştırmak gerekirse bir yemek kaşığı kadar Güneş maddesi yaklaşık 2.2 kg’dır). Ve geçtiğimiz yıllar boyunca nötron yıldızlarının kütle aralığı nispeten iyi çizilmiş olsa da ne kadar geniş olduğunun kesin olarak belirlenmesi zordu. Ama çoğu astronom, bu kütlenin yaklaşık bir şehir büyüklüğündeki bir küreye sıkışmış olduğunu düşünüyor.

Şimdi, yeni bir çalışma büyüklükleriyle ilgili en iyi sınırları ortaya koymak için diğer tekniklerle kütle çekim dalgası ölçümlerini bir araya getirdi. Bu tahmin, tipik bir nötron yıldızının yaklaşık 22 kilometre genişlikte olduğunu öne sürüyor. Bu büyüklük aynı zamanda, kainatın en gizemli cisimlerinden bir diğerine; kara deliklere çok yaklaştıklarında ne olduğuna dair de ilginç çıkarımlara sahip. Yeni büyüklük sonuçları, bir kara  deliğin pek çok durumda bir nötron yıldızını tam olarak yutabileceğine ve geride, Dünya’daki astronomların geleneksel teleskoplarıyla görebileceği çok az miktarda kanıt bırakacağına işaret ediyor.

Nötron Yıldızları Nasıl Oluşuyor

Dev yıldızlar nükleer füzyon için kullanılan gazları tükettiklerinde patlarlar. Şiddetli bir madde patlaması her doğrultuda püskürürken geride kalan şey bir nötron yıldızı olarak yoğunlaşır. Eğer bir yıldız yeterince kütleye sahipse kalıntı daha da yoğunlaşarak bir kara delik haline de gelebilir.

nötron yıldızı nasıl oluşur
Nötron yıldızının nasıl oluştuğunun basit görselleştirilmesi. Görsel: BedrockPerson

Ama Güneşimiz gibi yalnız yıldızlar, evrende azınlıktadırlar. Çoğu yıldız çoklu sistemlerin içerisinde bulunur. Ve iki adet büyük yıldız yan yana evrimleştiğinde, bu farklı güneş sistemleri iki nötron yıldızı, iki kara delik ya da her birinden bir taneyle sonuçlanabilir. Son yıllarda astronomlar bu sistemleri, ölüm spiralleri çizip birbirlerine çarptıklarında dışarı atılan kütle çekim dalgaları sayesinde tespit etmeye başladılar. Bu da astronomların nasıl bir nötron yıldızının büyüklüğü hakkında aşırı isabetli ölçümler yaptığını açıklıyor.

2017’de, ABD’deki Lazer İnterferometre Kütle Çekim Dalgası Gözlemevi (LIGO) ve İtalya’daki Virgo detektörü, yaklaşık 120 milyon ışık yılı mesafede çarpışan iki nötron yıldızına işaret eden bir kütle çekim dalgası sinyali yakaladılar. Kısa süre sonra geleneksel gözlemevleri de bu çarpışmayı elektromanyetik dalga boylarında görmeye başladılar. Bu tespitler, cisimlerin kütleleri ve dönüşlerine dair eşsiz bilgiler taşıyordu.

Nötron Yıldızı Büyüklüğü

Almanya’daki Albert Einstein Enstitüsü’nden (AEI) araştırmacıların öncülük ettiği bir ekip bu gözlemleri yaptı ve daha sonra bunları, nötron yıldızlarının içindeki aşırı yoğun koşullarda atomaltı parçacıkların nasıl davrandıklarına dair modellerle birleştirdiler. Dünya üzerindeki laboratuvarlarda böyle koşulları tekrar oluşturmak imkansız olsa da fizikçiler, hesaplarını en küçük ölçeklerden uzak nötron yıldızlarında neler olduğuna kadar sonuca taşımak için var olan teoriyi kullanabileceklerini gösterdiler.

Buldukları sonuçlar nötron yıldızlarının 21 ve 24 kilometre arasında genişlikte olması gerektiğini gösteriyor. Ve tipik bir nötron yıldızı 22 kilometre genişliğe sahip olmalı. Tahminler nötron yıldızlarının büyüklüklerine önceki çalışmalara göre iki kat daha dar sınırlar çiziyor.

AEI araştırmacısı ve çalışmanın yazarlarından Collin Capano “nötron yıldızları gözlenebilir evrendeki en yoğun maddeyi içerirler” diyor. “Gerçekte o kadar yoğun ve kompaktlar ki, bütün bir yıldızı tek bir atom çekirdeğine sıkışmış şekilde, bir şehir ölçeğinde düşünebilirsiniz. Bu cisimlerin özelliklerini ölçerek atomaltı seviyede maddeyi yöneten temel fizik kuralları hakkında bilgi sahibi oluyoruz.”

Bir Kara Delik Tarafından Yutulmak

Bu ufak çap, bir kara delikle birlikte dönen bir nötron yıldızının çok yakına geldiğinde tamamen yutulabilmesine bile imkan verecek kadar küçük. Astronomlar uzun süredir hevesli şekilde kara delik – nötron yıldızı çarpışmalarını görmeyi bekliyorlardı. Bu birleşmelerin, Dünya’daki sıradan gözlemevleri tarafından görülebilecek türde bir ışık olan güçlü elektromanyetik radyasyon yayınlamasını umuyorlar.

Kara delik tarafından yutulmak
Bir yıldızın kara delik tarafından yutulma senaryosunun görselleştirilmesi. Görsel: NASA/JPL-Caltech

Ama bu yeni çalışmaya göre ikili birleştiğinde nötron yıldızı parçalanmazsa Dünya temelli teleskopların tespit edebileceği bir ışık yayınlanmaz. Aynı zamanda, kütle çekim dalgası detektörleri de birleşen kara delikler ve karışık birleşme arasındaki farkı algılamayabilir.

Capano “Neredeyse tüm vakalarda nötron yıldızının kara delik tarafından parçalanmayacağını, bunun yerine bütün olarak yutulacağını gösterdik” diyor. “Yalnızca kara delik çok küçük olduğunda veya hızla döndüğünde yutmadan önce nötron yıldızının formunu bozabilir ve yalnızca o zaman kütle çekim dalgaları dışında bir şey görmeyi bekleyebiliriz.”

Astronomların bu fikrin doğru olup olmadığını anlamak için çok uzun beklemeleri gerekmeyebilir. Dünya’nın kütle çekim detektörleri gelecek yıllarda gittikçe daha güçlü hale gelecekler. Eğer nötron yıldızı-kara delik çarpışmalarının beklenenden daha az olduğu anlaşılırsa en azından neden olduğunu bilebilecekler.