Nötron yıldızları çökerek bir magnetar yarattı

Bir galaksiden 6.6 milyar ışık yılı uzakta gözlemlenen ve “XT2” diye adlandırılan bir X-ışını sinyali, inanılmaz düzeyde güçlü bir manyetik alana sahip tek ve daha ağır bir nötron yıldızının geride bıraktığı başka bir nötron yıldızı birleşimini açığa çıkardı: Bu, bir magnetardı.
Chandra uydusunun yaptığı gözlemler, birleşerek bir magnetar* meydana getiren bir çift nötron yıldızından yayılacağı öngörülen sinyallerle eşleşen ve XT2’de oluşan parlama ve sonrasındaki kararmayı ortaya koyuyor. (Görüntü: X-ray: NASA / CXC / Çin Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi / Y. Xue et al; Lens: NASA / Stsci)

Alison Klesman

Gökbilimciler, 2017 yılının Ekim ayında, o yılın başlarında iki nötron yıldızının birleşmesinden ortaya çıkan yerçekimi dalgalarına ilişkin ilk tespitlerini duyurdular. 70’ten fazla teleskobun meydana gelen olay sonucu yayılan optik ışıklar, X-ışınları, gama ışınları ve sonrasında meydana gelen aşırı parlamaları gözlemlemesinin ardından, bu araştırma aracılığıyla “çoklu kaynak astronomisi”** çağına da girilmiş oldu. Sonuç olarak, bir galaksiden 6.6 milyar ışık yılı uzakta gözlemlenen ve “XT2” diye adlandırılan bir X-ışını sinyali, inanılmaz düzeyde güçlü bir manyetik alana sahip tek ve daha ağır bir nötron yıldızının geride bıraktığı başka bir nötron yıldızı birleşimini açığa çıkardı: Bu, bir magnetardı.

Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde görevli Yongquan Xue düzenlediği basın açıklamasında, “Bir nötron yıldızı birleşimini saptayabilmek amacıyla tam anlamıyla yeni bir yöntem geliştirdik,” diyor. Xue, 11 Nisan’da Nature dergisinde yayınlanan ve bulguları aktaran makalenin de başyazarı. Xue, “Bu X-ışını kaynağında gözlemlenen davranış, araştırma grubu üyelerimizden birinin bu olaylar hakkında öngördükleriyle eşleşiyor,” diyor.

BİR BİRLEŞMENİN İŞARETİ

Nötron yıldızları birlikte sarmallaşarak birleştiği zaman, gerçekleşen olay elektromanyetik yelpazenin yanı sıra yerçekimi dalgaları boyunca sinyaller gönderir. Birleşmenin Dünya’ya göre nasıl konumlandığına bağlı olarak, parlama sonrası, gama ışınları ya da X-ışınları gibi farklı ışık türlerini gözlemleyebiliriz. Dolayısıyla, aramamız gereken işaretleri bilmemiz, diğer işaretlerin yokluğunda ve yerçekimi dalgaları algılanamadığında dahi, gökbilimcilerin birleşmeleri saptamalarına yardımcı olabiliyor.

XT2 olayında, Chandra X-ışını Gözlemevi, 22 Mart 2015 tarihinde yaklaşık yedi saat boyunca parlayan ve ardından sönümlenen bir X-ışını dalgası tespit etti. Bu sinyal gözlemlendiği zaman tanımlanamasa da, Chandra Derin Alan-Güney gözlemcisi tarafından bugüne kadar taranan gökyüzünün bir kısmında elde edilen veriler sayesinde keşfedildi; sonuç, şimdiye dek elde edilen en derin X-ışını görüntüsüydü.

2013 yılında XT2 sinyalinin ortaya koyduğu parlaklık ve gösterdiği davranış, iki nötron yıldızı birleştiğinde ve bir magnetar doğduğunda ortaya çıkması ve serbest kalması gereken X-ışınları hakkında Nevada Üniversitesi’nde görevli çalışma yazarı Bing Zhang tarafından ifade edilen öngörülerle uyuşuyordu. Gözlemlenen X-ışını verilerine dayanarak, araştırma grubu, birleşmeden sonra yeni oluşan ve hızla dönen magnetarın kısa bir süre için aşırı ısındığına ve yaklaşık 30 dakika süresince devamlı olarak X-ışını dalga boyunda parladığına inanıyor. Ne var ki kısa bir süre sonra magnetar bir parçacık rüzgârı yayarak dönüş enerjisini yitirmeye başladı. Sonraki 6,5 saatte, magnetar’ın yaydığı X-ışını sinyali 300 kattan fazla azaldı ve netice olarak Chandra’nın objektifinde kayboldu.

MANYETİK YILDIZ

Nötron yıldızları, bazı büyük yıldızların yok oluşu sonucunda ortaya çıkar; yıldızın çekirdeği, bir süpernova oluşturmasının ardından, yaklaşık 20 kilometre çapında yoğun ve sıcak bir nötron topu haline gelir ve bu top hızlı biçimde dönerek Dünya’nınkinden daha güçlü bir manyetik alan meydana getirir. Şu ana dek yalnızca 30 defa tespit edilen magnetarların sahip olduğu manyetik alanlar nötron yıldızlarından bile binlerce kat daha güçlüdür; kısacası, Dünya’nın manyetik alan gücünden katrilyon kez daha güçlü manyetik alanlara sahiptir. Gökbilimciler henüz bu manyetik enerji santralleriyle ilgili çok şey bilmiyorlarsa da gizemli ‘hızlı radyo patlamalarını’ yaratan kaynaklar olduklarını öne sürüyorlar.

Magnetarlar, laboratuvarlarda taklit edilemeyen, inanılmaz ölçüde egzotik nesnelerdir; bu sebeple onlar ve sahip oldukları özelliklerle ilgili daha fazla ayrıntıya ulaşma ihtimali çok değerli. Zhang “Ne olduklarını görebilmek amacıyla bir laboratuvarda nötron yıldızlarını bir araya getiremeyiz. Dolayısıyla, evren bizim için bunu yapana dek beklememiz gerekiyor,” diyor. “Bu birleşme hem genel bağlamda nötron yıldızları hem de magnetarlarla ilgili önemli bilgiler ortaya koyuyor. Şayet iki nötron yıldızı çarpışır ve geride ağır bir nötron yıldızı kalırsa, bu bizim için, yapılarının görece sert ve esnek olduğu anlamına gelir,” diye ekliyor.

BİRÇOK BİLGİ KAYNAĞI

Ancak X-ışınları yaratmanın birçok yolu var ve magnetarlar söz konusu olduğunda birden fazla oluşum senaryosu mevcut. Mesela, bir süpernovadaki tek ve büyük bir yıldız çökerek magnetar oluşturursa ne olur?

Araştırma grubu, XT2’nin, birkaç nedenden ötürü bir çift nötron yıldızının birleşiminden meydana geldiğinden emin. Sinyal, nötron yıldızlarının bulunabileceği ev sahibi galaksinin çeperinden yayıldı. Bunun sebebi, nötron yıldızlarının bir süpernovadan doğup nötron yıldızına bir darbe vurarak onları asıl konumlarından galaksinin dış bölgelerine doğru fırlatması. Buna ek olarak, ev sahibi galaksinin kendisi de bir ana nötron yıldız fabrikası gibi görünüyor. Çok sayıda yeni yıldız yaratmıyor ve bu durum, sinyalin iki eski nötron yıldızının birleşmesinden gelme ihtimalinin çok fazla olmadığı ve tek bir genç ve devasa yıldızdan yayılmasının daha büyük bir ihtimal olduğu anlamına geliyor.

Peki, o halde XT2 neden yerçekimsel dalgalar üretmedi? Aslında, gökbilimciler böyle olduğuna inanıyordu; ancak olay (2017 tarihli birleşmeyi tespit eden) ‘Advanced LIGO’ adlı gözlem aracının kullanılmaya başlamasından önce gerçekleşti ve aynı zamanda tespit etmek için çok uzaktı. Nötron yıldız birleşmelerini tespit etmek için (Chandra tarafından XT2’de gözlemlenen X-ışını salımlarında olduğu gibi) yerçekimi dalgaları yerine diğer sinyalleri kullanmanın değerinin altını çizen de yine bu durum. Bir birleşme esnasında yerçekimsel dalgaların ve kimi diğer ışık türlerinin görülememesinin birçok sebebi mevcut; hâl böyleyken, bu türden olayları diğer sinyaller aracılığıyla tanımlamak, astronomların bu olayları ve sonuçlarını incelemek için daha fazla birleşim tespit etmelerini ve bunun meydana getirdiği nötron yıldızlarını ve geride bıraktıkları nesneleri bulmalarını sağlıyor.

Bu düşünceyi aklında tutan araştırma grubu, şimdi ek sinyaller bulabilmek umuduyla diğer Chandra bulgularını inceliyor. İki nötron yıldızının birleşimi, araştırılacak iki kat veri demek; lâkin gökbilimcilerin gerçekten de bu önemli olaylar hakkında kesin cevaplar bulabilmesi için bu büyük birleşim kümesi hakkında kat etmesi gereken hâlâ çok uzak bir yol var.

* Magnetar, ışıma enerjisini sahip olduğu muazzam manyetik alanından sağlayan bir çeşit nötron yıldızıdır.

** Çoklu kaynak astronomisi, farklı “alıcı” sinyallerinin koordineli gözlem ve yorumuna dayanan astronomi tekniğidir.

*** Yazının aslı Discover Magazine sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)