Yıldız rüzgarları

26 Jan 2019

Credit: Astro Bob

NASA'nın Chandra X-ray Gözlemevi tarafından kaydedilen ve bir nötron yıldızının yoğun bir yıldız rüzgarı bandından geçerken kaydedilen veriler, hem yapı hakkında hem de nötron yıldızı hakkında önemli bilgilerin açığa çıkmasını sağladı.

Penn State’teki astronomi ve astrofizik doktora araştırmacısı ve konu hakkındaki makalenin baş yazarı Pragati Pradhan, “Yıldız rüzgarları yıldızlardan çıkan protonlar, elektronlar ve metal atomlarından oluşan hızlı akan bir malzemedir. Bu malzeme yıldızın çevresini metallerle, kinetik enerjiyle ve iyonlaştırıcı radyasyonla zenginleştirir. Yıldızların oluşması için gerekli en temel şeylerden biridir. Son on yıla kadar, yıldız rüzgarlarının homojen yapıda olduğu düşünülüyordu. Ancak Chandra Gözlemevi’nden aldığımız veriler, bunun aksini kanıtladı.” dedi.

Olayın gözlemlendiği sistemde iki adet yıldız bulunuyor; bunlardan birisi oldukça küçük ve yoğun nötron yıldızı, diğeri de normal bir süper dev. Bu iki yıldızlı sisteme yapılan gözlemlerde, olması gerekenden farklı bir durum fark eden araştırmacılar, böylece yıldızların içindeki nötr demir atomlarının oluştuğu en düşük sınırı belirleyebildi: 2,5 ışık-saniyesi ya da 750 bin kilometre.

Nötron yıldızı nedir?

Nötron yıldızı, yıldızların yaşamlarının son bulabileceği biçimlerden biridir. Bir nötron yıldızı dev bir yıldız Tip II, Tip Ib veya Tip Ic bir süpernova olarak patladıktan sonra geri kalan kısmın kendi içine çökmesiyle oluşur. Bu yıldızlar neredeyse tamamen nötronlardan oluşsa da az miktarda proton ve elektron da içerir. Bu proton ve elektronlar olmadan nötron yıldızları uzun süre var olmaya devam edemezdi. Çünkü nötronlar serbest haldeyken kararsızdır ve beta ışıması yaparak kısa süre içinde proton ve elektronlara ayrışır. Ancak yıldızın içindeki yüksek basınç sebebiyle proton ve elektronların birleşerek nötronlara dönüşmesi, nötron yıldızlarının daha kararlı bir yapıya sahip olmasını sağlar.

Nötron yıldızlarının kütleleri Güneş’inkinin 1,44 ila 3 katı olabilir. Bugüne kadar gözlemlenmiş en büyük nötron yıldızının kütlesi ise Güneş’inkinin yaklaşık iki katıdır. Samanyolu içinde yaklaşık 2000 nötron yıldızı olduğu biliniyor. Güneş Sistemi’ne en yakın nötron yıldızları, yaklaşık 400 ışık yılı uzaklıktaki RX J1856.5-3754 ve yaklaşık 424 ışık yılı uzaklıktaki PSR J0108-1431’dir.

Nötron yıldızları ve kütleleri

Nötron yıldızlarının kütleleri çok büyük olmasına rağmen hacimleri çok küçüktür. Örneğin kütlesi Güneş’inkinin yaklaşık 1,5 katı olan bir nötron yıldızının çapı sadece 10 kilometre civarındadır. Bu durum nötron yıldızlarının yoğunluklarının çok yüksek olmasına neden olur. Öyle ki nötron yıldızlarının yoğunlukları Güneş’inkinin 2,6 x 1014 ila 4,1 x 1014 katıdır.

Nötron yıldızlarının kütleçekimi etkisiyle daha fazla küçülmemelerinin nedeni, Pauli dışarlama ilkesidir. Bu ilke, fermiyon grubu iki parçacığın -örneğin protonlar, elektronlar ve nötronlar- aynı konuma ve aynı kuantum durumuna sahip olamayacağını söyler. Bu yüzden kütlesi Güneş’inkinin üç katından az olan nötron yıldızlarının yoğunluğu atom çekirdeğindeki yoğunluklar düzeyine ulaştığı zaman çökme durur. Ancak kütlesi Güneş’inkinin beş katından fazla olan nötron yıldızları kararsızdır ve çökmeye devam ederler. Bu yıldızlar karadeliğe dönüşür.
Bilinen nötron yıldızlarının yaklaşık %5’i ikili yıldız sistemlerinin üyeleridir. Bu sistemlerdeki nötron yıldızlarının eşleri normal yıldızlar, beyaz cüceler ya da başka nötron yıldızları olabilir. Genel görelilik kuramı, ikili yıldız sistemlerinin kütleçekimsel dalgalar yayacağını ve zaman içinde yıldızlar arasındaki mesafenin azalacağını söyler. Kütleçekimsel dalgaların varlığı ile ilgili ilk kanıt, nötron yıldızı içeren bir ikili yıldız sisteminin gözlemlenmesi ve yıldızlar arasındaki mesafenin genel görelilik kuramının tahminleriyle uyumlu bir biçimde değiştiğinin bulunmasıyla elde edildi.