Evrenin en şaşırtıcı yıldızları nötron yıldızlarının özelliklerine bu yazıda değinmek istiyoruz…
Dev yıldızların çekirdek çöküşleri sonucu, süpernova kalıntılarında, proton ve elektronların, nötronları oluşturmak için birbirleri içine erimesiyle nötron yıldızları oluşur. Bir başka yıldızın ölümü, büyük kütleli yıldızlar ve bölgedeki serbest parçacıklar, bir nötron yıldızı oluşumunu tetikleyebilir.
Nötron yıldızları evrendeki en yoğun madde olarak tanımlanabilir. Bu yıldızlar hidrojen yakıtlarını bitirdiğinde, doğal olarak kütle çekimini dengede tutan dış basınçları da düşüyor. Böylece bir anda içe doğru çökmeye ve bu etki nedeniyle büyük bir hızla dönmeye başlıyorlar. Yıldızın çekirdeği de çöktüğünde elektron-proton çiftleri, bu baskı sonucunda nötronlara dönüşüyor. Sonuçta nötron yıldızına dönüşüm tamamlanmış oluyor.
Bir nötron yıldızının çapı yaklaşık 20 km’dir ve bizim Güneş’imizin yaklaşık 1,4 kat kütlesine sahiptir. Bu bir nötron yıldızının yeryüzünde, bir çay kaşığı kadarının, 1 milyon ton gibi bir yoğunlukta olacağı anlamına gelir. Çünkü bir nötron yıldızının çok küçük bir boyutu, yüzey yerçekimi alanında Dünya’nın yaklaşık 2×1011 katı büyüklüğünde bir yoğunluğa tekabül eder. Ayrıca nötron yıldızlarının manyetik alanlarının, Dünya’da üretilen manyetik alanlara oranla 1 milyon kat daha fazla olabileceğini de söyleyebiliriz. Ayrıca çapı yaklaşık 12-13 kilometre olan bir saniyede 642 kez hızlıca etrafında spin hareketi yaparlar [4].
Bir nötron yıldızı, bir başka yıldızın kalıntılarından oluşabilir ya da olası uçlarından birisi olabilir. Onlar kütlesel olarak bizim Güneş’imizin 4 ila 8 kat büyüklüğündeki dev yıldızlardan oluşabilirler. Bu yıldızlar nükleer yakıtlarını bitirdikten sonra bir süpernova patlaması meydana getirirler. Bu patlama bir yıldızın dış katmanlarını, bu göz alıcı süpernova kalıntısının içine çeker. Yıldızın çekirdeği, bölgedeki yerçekimi altında çökmeye başlar. Bu çöküş çok sayıda proton ve elektronun bir araya gelerek nötronları oluşturduğu bir tepkimedir. Onlara “Nötron Yıldızı” denilmesinin sebebi de budur.
Ortalama olarak bir nötron yıldızı üzerindeki yerçekimi Dünya’nın yerçekiminden 2 milyar kat daha güçlüdür. Aslında bu özellik bilim insanlarının onları milyonlarca yıldız arasından ayırt etmesini sağlıyor. Saniyede yüksek spinli dönüşler yapmasına sebep olan etken de yine süpernovanın güçlü çekim kuvvetidir. Nötron yıldızları dakikada 43 bin gibi yüksek bir spinde dönerken, bu hızı yavaş yavaş kaybederler. Nötron yıldızı bir ikili sistemde ise işler daha da ilginçleşir.
Nötron yıldızları ayrılmış gök cisimleri ya da ikili sistemler gibi süpernova kalıntıları şeklinde karşımıza çıkabilirler. Birçok farklı pulsar türü ikili bir sistem içinde gözlemlenebilir. Bu gibi durumlarda bir nötron yıldızı ve normal bir yıldız bu ikili sistemi oluşturabilir. Bir pulsarın çifti başka bir yıldız, bir gezegen, beyaz cüce hatta başka bir pulsar olabilir. Nötron yıldızının güçlü çekim kuvveti normal yıldızın deformasyonuna sebep olur ve yıldızın materyalini kendine çeker. Bu materyal nötron yıldızının manyetik kutuplarından içeriye doğru akar. Bu işlem bir nötron yıldızının büyümesi işlemidir ve materyaller X-ışını ürettikleri için çok sıcak bir bölge oluşur. Oluşan bu sıcak bölgeler nötron yıldızının dönme hattında iseler nötron yıldızı darbeleri Dünya’dan görülmüş olur.
Bilinen dört tane nötron yıldızı gezegeni olduğu düşünülmektedir. Bir nötron yıldızı böyle bir ikili sistemde bulunduğunda bilim insanları için onun kütlesini ölçmek kolaylaşır. Radyo veya X-ışını teleskoplarıyla yapılan gözlemlere göre böyle bir ikili sistemde bulunan bir nötron yıldızının, Güneş’in yaklaşık 1,4 kat büyüklüğünde bir kütlesi olduğu saptanmıştır. Bilinmeyen bir nesne içeren sistemlerde ise bu bilgi, o nesnenin bir kara delik mi yoksa bir nötron yıldızı mı olduğunu ayırt etmede yardımcı olur.
Çiftlerden birisi ömrünün sonuna yaklaştığında dış kabuk şişmeye ve bu eşten nötron yıldızına madde akmaya başlar. Bununla beraber nötron yıldızı kendi etrafında çok hızlı dönmeye başlar. Bütün madde nötron yıldızına geçtiği zaman dönme periyodu artmaya başlar. Güneş’in yaklaşık 10 kat büyüklüğündeki yıldızlar malzeme transferini yıldız rüzgarı yoluyla yaparlar. Malzeme, ısıtılır gibi X-ışını atmaları yaratarak, nötron yıldızının manyetik kutupları boyunca akar. Bir pulsarın tamamen durması ise milyonlarca yıl sürer.
Pulsarlar Nedir ve Neden Dönerler?
Basitçe söylemek gerekirse pulsarlar, dönen nötron yıldızlarıdır. Titreşir gibi görünmelerinin sebebi dönmelerinden kaynaklanır. Bu yıldızlar tıpkı deniz fenerinin ışığı gibi belli yönlere anlık X-ışını ve radyo dalgası yayarlar. Deniz fenerinin ışığı ile yerlerini belli etmeleri gibi, bu yıldızlar da yerlerini yaydıkları ışınlar ile gösterirler. Yani evrenden gelen radyo yayınını dinleyerek bu yıldızların yerlerini tespit etmek mümkündür.
Pulsarlar dönerken, nötron yıldızı parçacıkları kendi manyetik kutupları arasında neredeyse ışık hızına yakın hızlarda bir akış gerçekleştirirler. Bu jet parçacıkları aynı zamanda çok güçlü ve parlak olan ışınımı üretirler. “Gerçek Kuzey” ve “Manyetik Kuzey” in Dünya üzerinde farklı olması gibi, bir pulsarın manyetik dönme eksenleri de aynı sebepten yanlış hizalanmıştır. Bu nedenle jet ışık ışınları, bir deniz feneri spotunun yaptığı gibi pulsar döndükçe etrafında süpürme yapar.
Pulsarların Keşfi
1967 yılında Cambridge radyo teleskopuyla inceleme yapan doktora öğrencisi Jocelyn Bell o güne dek hiç görülmemiş nitelikte radyo sinyalleri almıştı. Bu sinyaller çok hızlıydı ve belirli zaman aralıklarında tekrarlanıyordu. Bu kadar sık ve düzenli sinyaller astrofizikçileri o denli şaşırttı ki bunun uzaydaki bir uygarlıktan gelmiş olabileceği öne sürüldü. Kısa bir süre içinde bu tür sinyaller veren ve “Pulsar” diye adlandırılan pek çok kaynak bulundu ve bunların aslında nötron yıldızı olduğu ortaya çıktı.
Pulsarların Yaydığı X-ışını Gözlemleri
Bazı pulsarlar X-ışını yayarlar. Aşağıda gördüğümüz ünlü Yengeç Nebulası, bir süpernova patlaması sırasında oluşan bir nötron yıldızına örnek verilebilir. Bu görüntüler Einstein X-ışını Gözlemevi’nden.

“On”

“Off”
Resimde pulsarların X-ışını yaydıkları duruma “On”, X-ışını yaymadıkları duruma da “Off” diyebiliriz. Bir başka deyişle pulsarın manyetik kutuplarından çıkan her ışınım, bizim Dünya’daki görüş açımıza girdiği sürece pulsar Dünya’dan gözlemlenebilir. Yani ışınım süreklidir, ancak Dünya’dan kesik kesik izlenebildiği için, bize periyodik elektromanyetik ışınımlar yapan bir kaynak gibi görünür. İşte deniz feneri etkisi dediğimiz şey de budur.
Nötron Yıldızı Çeşitleri
Bazı nötron yıldızlarının ışık hızına yakın hızlarda hareket eden jet parçacıkları vardır. Oluşan ışık huzmeleri Dünya’dan bakıldığında bir deniz feneri spotu gibi yanıp söner. Bu puls ya da atma hareketinden dolayı onlara pulsar adı verilir.
- X-ışını pulsarları kendisinden daha büyük kütleli çiftinin malzemesini ele geçirdiğinde, bu malzemeler manyetik alan ile etkileşime girerek radyo, optik, X-ışını ya da gama ışını spektrumu ile görülebilecek ışık huzmesi oluştururlar. Yani güç kaynağını ikili sistemindeki çiftinden alan yıldızlardır.
- Yüksek enerjili elektronların pulsarın manyetik alanı ile etkileşime girmesi, yıldızın kendi yörüngesinde dönmesine sebep olur. Bunlar ise yörüngesel pulsarlardır. Bu tip pulsarlar dönme enerjisi tamamen bittiğinde ölürler. Bir pulsarın içindeki madde, yıldızın manyetosferi içinde ışık hızına yakın hızlarda hareket ettiğinde gama ışını emisyonu üretir. Bu gama ışını emisyonu esnasındaki enerji transferi yıldızın dönüşünü yavaşlatır.
- Magnetarlar ise ışınım kaynağı çok şiddetli pulsarlardır. Bir magnetarın ortalama bir nötron yıldızından bin kat daha güçlü manyetik alana sahip olduğunu söyleyebiliriz. Bu da pulsarın bir dirençle karşılaştığı için daha yavaş dönmesine yol açar.
Günümüzde Nötron Yıldızları
Kendileri küçük olsa da kütleleri tüm yıldızlardan fazla olan nötron yıldızlarının arasında bugüne kadar keşfedilmiş en hızlı olanı PSR 11748-2446ad’ın kendi ekseni etrafında saniyede 716 tur attığı görüldü. Bu dönüş hızı ışık hızının dörtte birine denk geliyor.
Güneş Sistemi’nden 6800 ışık yılı uzakta bulunan PSRJ0348+0432 pulsarı aslında süpernova halinde patlayan eski bir yıldızın dejenere kalıntısı olarak, uzaya Dünya’daki hayatı sona erdirecek kadar şiddetli bir radyasyon yayıyor. Ancak gezegenimize ulaşana dek binlerce ışık yılı yol alan radyasyonun dalga boyu zamanla uzuyor, frekansı azalıyor ve ölümcül ışınlar gittikçe zayıflayarak Dünya’ya zararsız radyo dalgaları halinde ulaşıyor. Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden doktora öğrencisi John Antoniadis ve ekibi işte bu pulsar ile yoldaşı beyaz cüceyi kütle çekim dalgaları için gözlemlediler.
Nötron yıldızı ve beyaz cüce birbirinin çevresinde dönerken kütle çekim dalgaları yayıyor ve böylece enerji kaybederek beyaz cücenin yörüngede dönme hızının değişmesine yol açıyor. Kütle çekim dalgaları görünmez olsa da bilim insanları beyaz cücenin dönüş hızındaki değişikliği gözlemleyerek bu dalgaların varlığını dolaylı olarak gösterebiliyor.
Tuğba Yaşar
Marmara Üniversitesi Fizik Bölümü
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynaklar:
- http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/pulsars.html
- http://www.space.com/22180-neutron-stars.html
- http://tr.wikipedia.org/wiki/Pulsar
- http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star