Evrenin Hırçın Çocukları: Nötron Yıldızları

Uzayın derinliklerinde, ömrünün sonuna gelmiş oldukça ilginç özelliklere sahip, ölü yıldızlar yer alır. Nötron yıldızı adı verilen bu gök cisimleri akıl almaz özellikleri, astronomi meraklısı herkesin ilgisini çeken konuların üst sıralarında yer alır.

Bir nötron yıldızı, ömrünün sonunda süpernova olarak patlayan yüksek kütleli bir yıldızın çekirdeğinin, Güneşimizin kütlesinden çok daha fazla olmayan küçük ve süper yoğun bir nesne olarak kendi üzerine çökmüş halidir. Bu küçük, inanılmaz derecede yoğun patlamış yıldız çekirdekleri, evrendeki en tuhaf nesnelerdendir.

Nasıl Oluşur?

Yıldızlar hayatlarının büyük bölümünde hassas bir dengededir. Yıldızın iç basıncı dışa doğru bir itme uygularken, yerçekimi yıldızı sıkıştırmaya çalışır. Dışa doğru olan güç, yıldızın çekirdeğindeki nükleer füzyon tepkimelerinden açığa çıkan enerjinin basıncından kaynaklanır. Bu füzyon patlamaları, yıldızların parlama sürecidir. Aynı zamanda muazzam miktardaki maddenin kütle çekimi de yıldızı kendi üzerine sıkıştırmaya çalışır.

Güneş’ten dört ila sekiz kat daha büyük yıldızlar şiddetli bir süpernova olarak patladığında yerçekimi, yıldızın iç basıncıyla milyarlarca yıldır sürdürdüğü savaşta aniden ve feci bir şekilde üstün gelir. Nükleer yakıtı tükendiği ve dışarı doğru basınç kaldırıldığı için, yerçekimi aniden yıldızı içe doğru sıkıştırır. Büyük bir şok dalgası çekirdeğe doğru ilerler ve geri teperek yıldızı parçalara ayırır. Tüm bu süreç sadece birkaç saniye içinde gerçekleşir. Yıldızın dış katmanları genellikle muhteşem bir görüntüyle uzaya saçılır ve geride çökmeye devam eden küçük, yoğun bir çekirdek kalır. Yerçekimi, geriye kalan yıldız çekirdeğini kendi üzerine o kadar sıkı bir şekilde bastırır ki, protonlar ve elektronlar birleşerek nötronları oluşturur ve buna “nötron yıldızı” adı verilir.

Neye Benzer? Ne Yapar?

Nötron yıldızları, Güneş’in 1,5 – 2 katı kadar olan kütlelerini 20 km’lik bir çap içinde toplar. O kadar yoğunlardır ki, tek bir çay kaşığı kadarı bir milyar ton ağırlığındadır. Bir küp şeker büyüklüğündeki nötron yıldızı maddesinin yaklaşık olarak tüm insanlar kadar ağır olduğu söylenebilir.

Ortalama olarak, bir nötron yıldızı üzerindeki yerçekimi, Dünya’daki yerçekiminden 2 milyar kat daha güçlüdür.

Bir nötron yıldızının tam iç yapısı tartışma konusudur. Şu anki düşünce, yıldızın 1-2 km’lik ince bir demir kabuğa sahip olduğudur. Bunun altında, bileşim büyük ölçüde nötronlardır ve bulundukları derinliğe göre çeşitli biçimler alırlar.

Nötron yıldızı, oluşumundan sonra kendi başına herhangi bir ışık veya ısı üretmez. Milyonlarca yıl boyunca, başlangıçtaki 600.000 Kelvin değerinden kademeli olarak soğuyacak ve bir zamanlar görkemli bir yıldızın, soğuk kalıntısı olarak yaşamını sona erdirecektir.

Bu kadar yüksek yoğunluktaki bir yıldız kalıntısının yerçekimi ve manyetik alanı da elbette çok yüksektir. Bir nötron yıldızının yerçekimi, Dünya’nınkinden yaklaşık bin milyar kat daha güçlüdür. Bu nedenle yüzeyi fazlasıyla pürüzsüzdür. Nötron yıldızlarının “dağları” olduğu düşünülür, ancak bunlar yalnızca bir cm’den az, hatta bazı hesaplamalara göre, milimetrenin altı boyutlarındadır.

Nötron yıldızları oluştuklarında sahip oldukları dönme hızı, yıldız çekirdeği sıkışıp küçüldükçe, açısal momentumun korunumu nedeniyle yükselir. Bu dönen bir patencinin açık kollarını kapattığında hızlanmasına neden olan ilkedir.

Bunun sonucu olarak, nötron yıldızları doğduklarında saniyede en az 60 defa dönebilir. İkili bir yıldız sistemine dahilse, madde birikmesi yoluyla bu dönüş hızını saniyede 600 kattan fazla artırabilir.

Kaç Çeşidi Var?

Pulsar: Bir nötron yıldızındaki yoğun manyetik alanlar, radyo dalgalarını iki

ışın jeti halinde manyetik kutuplarından uzaya fırlatır. Eğer bu ışınlar bizim bakış açımızdan görülebilecek şekilde yönlenmişse, düzenli ve son derece kesin aralıklarla radyo ışığı parlamaları görürüz. Nötron yıldızları, aslında, kozmosun göksel zaman tutucularıdır, doğrulukları atomik saatlerinkiyle rekabet eder.

Dünya’dan baktığımızda bir deniz fenerinin ampulü gibi yanıp sönerken gördüğümüz bu gök isimlerine Pulsar veya Atarca adı veriyoruz. Normal pulsarlar saniyede 0,1 ila 60 kez dönerken, milisaniyelik pulsarlar saniyede 700 defaya kadar çıkabilir.

Birkaç milyon yıl boyunca döndükten sonra pulsarlar enerjilerinin çoğunu bitirerek normal nötron yıldızları haline gelirler. Galakside yüz milyonlarca yaşlı nötron yıldızı olsa da, yalnızca yaklaşık 1.500 kadar pulsarın varlığı biliniyor.

Magnetar: Nötron yıldızlarının dikkate değer bir başka özelliği de, Dünya’nın manyetik alanının gücünün katrilyon katı kadar güçlü manyetik alanlara sahip olabilmeleridir. Magnetar adı verilen bu ultra manyetik nötron yıldızlarından biri Dünya’ya Ay yörüngesinden yakın bir mesafeden geçseydi, manyetik alanı Dünya’daki tüm kredi kartlarındaki verileri yok ederdi.

Bu özellik magnetarları bilinen en güçlü manyetik alana sahip cisimler listesinin en üst sırasına koyuyor. Sıradan bir nötron yıldızı veya pulsar yerine hangi koşulların bir magnetarın oluşmasına neden olduğu tam olarak bilinmese de, bu kadar güçlü manyetik alanlar elde etmek için bazı teoriler, nötron yıldızının başlangıçta saniyede 100 ila 1.000 kez dönmesi gerektiğini öne sürüyor.

27 Aralık 2004’te bilim insanları, yaklaşık 50.000 ışık yılı uzaklıkta olduğu tahmin edilen Magnetar SGR 1806-20’den dev bir gama ışını parlaması gözlemlediler. Parlama 0,2 saniyede Güneş’in 300.000 yılda ürettiği kadar enerji yaydı. Parlama, birçok uzay aracı dedektörünün tam yüklenmesine ve Dünya’nın iyonosferinde saptanabilir düzensizliklere yol açtı.

Neyse ki, Dünya’nın yakınlarda herhangi bir ciddi hasara neden olacak kadar güçlü bir magnetar yok.

Ağır Elementlerin Kaynağı

Normal yıldızlar gibi, iki nötron yıldızı da birbirinin yörüngesinde dönebilir. Yeterince yakınlarsa, “kilonova” olarak bilinen yoğun bir fenomenle kendi sonlarına doğru dönerek çarpışabilirler.

2017 yılında gözlenen ve GW170817 olarak adlandırılan bu tip bir olayın kütleçekim dalgaları, nötron yıldız çarpışmalarının evrendeki altın, platin ve diğer ağır elementlerin çoğunun kaynağı olduğuna dair somut kanıtlar sağladı.

Muazzam miktarda ışık yayan ve evrende dalgalanan yerçekimi dalgaları yaratan bu güçlü çarpışmanın ardından parçalanan iki nesneye ne olduğu bir sır olarak kalıyor.

Samanyolu galaksimizde yüz milyondan fazla nötron yıldızı olduğu tahmin ediliyor. Bununla birlikte, birçoğu yaşlı ve soğuk olan ve bu nedenle tespit edilmesi zor olan bu ilginç cisimleri incelemenin en iyi yöntemlerinden biri bu tip çarpışmaları yakalamak.

Araştırmacılar yakında daha fazla nötron yıldızı birleşmesinin gözlemleneceğini ve bu olaylardan elde edilen verilerin maddenin iç yapısı hakkında daha fazla bilgi vereceğini umuyorlar.