Nötron yıldızı ışımasında beklenmedik aksamanın keşfi – Sıtkı Çağdaş İnam  

180 bin ışık yılı uzaktan bir görüntü. Solda muhteşem bir "yıldız oluşum" bölgesi ve sağda SXP 1062 ile çevresini baloncuk gibi saran süpernova kalıntısı.  Görüntü X-ışını ve görünür ışık verilerinden elde edilmiş (http://sci.esa.int/xmm-newton/49789-the-x-ray-pulsar-sxp-1062-embedded-in-a-supernova-remnant/).

Eylül 2017’de SXP 1062 isminde bir nötron yıldızının ışımasında bir aksama olduğu keşfi, içinde yer aldığım Türkiye adresli ekibimiz* tarafından bilim dünyasıyla paylaşıldı. Keşif haberi Royal Astronomical Society (RAS) tarafından basın bülteni olarak duyuruldu.

Acaba SXP 1062’i ve ışımasındaki aksamayı bu kadar özel kılan neydi?

SXP 1062, 10 km civarında yarıçapa sahip ve Güneş’in kütlesinden daha büyük kütleye sahip –yıldız evriminin son ürünlerinden biri olan- nötron yıldızlarından. Öyle ki SXP 1062’nin bir çay kaşığına sığacak bir parçasının kütlesi neredeyse Keops piramidinin kütlesinin 1000 katı kadar.

SXP 1062, aynı zamanda bir deniz fenerinin yanıp sönmesi gibi düzenli atımlarla (pulslarla) ışıyan, dolayısıyla “atarca” (pulsar) olarak adlandırılan nötron yıldızlarından biri. İlk keşfedilen atarcalar, radyo frekanslarında ışıma yapan, radyo atarcalarıydı. Radyo atarcaları, izole (tek) nötron yıldızları, yani bir yıldız çiftinin parçası değiller. Radyo ışımalarının kaynağı da “atarca mekanizması” olarak adlandırılan ve temeli dönen bir mıknatısın ışıyarak enerji kaybetmesine dayanan mekanizma. Bu mekanizma, radyo atarcalarının enerji kaybettikçe yavaşlamalarına sebep oluyor.

SXP 1062 ise bir çift yıldız sisteminin parçası ve ışıma enerjisinin kaynağı farklı. Eş yıldızından, kütleçekiminin  etkisiyle üzerine kütle akıyor. Işımanın kaynağı da işte bu gelen plazmanın SXP 1062’nin yüzeyine doğru akarken kaybettiği potansiyel enerji. Işıma da artık radyoda değil X-ışınında  olduğu için SXP 1062 bir kütle aktarımı yapan X-ışını atarcası . Bu sınıftaki atarcalara eş yıldızından gelen maddenin uyguladığı torklar atarcaların hızlanması ya da yavaşlamasına sebep oluyorlar.

Samanyolu’nun uydu gökadalarından biri olan ve bizden yaklaşık 200 bin ışık yılı uzaklıktaki Küçük Macellan Bulutu’nda yer alan SXP 1062 atarcası, 2012 yılında yılında keşfedilmişti. Keşfedildiği dönemdeki dönüş periyodu 18 dakika civarında olan SXP 1062’nin, en yavaş dönen atarcalardan biri olduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz.

Bir süpernova kalıntısının içinde bulunan SXP 1062, doğumuna sebep olan süpernova patlamasının ardından oluşan kalıntıdan uzaklaşmaya vakit bulamayacak kadar genç bir nötron yıldızı (bkz. Anagörsel). SXP 1062’nin tahmini yaşının 10 bin ile 40 bin yıl arasında olduğu düşünülüyor.

SXP 1062, periyodu yılda yaklaşık 1,5 saniye artarak yavaşlayan bir atarca.  Ekibimiz bu yavaşlamanın, atarcaya çevresindeki toplanma (kütle aktarım) diskinin uyguladığı torklarla modellenmesinin mümkün olduğunu ortaya koydu. Ayrıca kaynağın hem çevresindeki toplanma diskinden kütle aktarımı yaptığını hem de manyetik alan şiddetinin “magnetar” olarak adlandırılan çok yüksek manyetik alan şiddetlerine sahip nötron yıldızlarınınkilerin mertebesinde olduğunu gösterdi. Öyle ki SXP 1062 Dünya’mıza Ay’ın yarısı kadar mesafede olsaydı, Dünya’daki banka kartlarının manyetik şeritleri kullanılmaz hâle gelebilirdi.

SXP 1062’de Gözlenen Aksama

XMM-Newton, Chandra ve Swift X-ışını uydularının yaklaşık 3 yıllık süreye yayılmış verilerinin dikkatli ve ayrıntılı analizi sonucunda, SXP 1062’nin düzgün yavaşlaması sürerken 26 Haziran 2014 tarihi civarında kaynakta ani bir hızlanma meydana geldiği, ardından uzun dönemli kararlı yavaşlamanın tekrar başladığını belirledik (bkz. Şekil 1).

Şekil 1: SXP 1062 atarcasında MJD 56834,5 (26 Haziran 2014) civarında görülen aksamayı içeren frekans – zaman grafiği (orijinal makaledeki grafiktan yararlanılarak üretilmiştir).

Öncelikle, böyle bir ani frekans sıçramasının kütle aktarımından kaynaklanan torklardan dolayı gerçekleşmediğini hesapladık. Eğer hızlanma kütle aktarımındaki değişimle ilişkili olsaydı, kaynağın bu sıçramayla birlikte ışınım gücünün de ciddi miktarda artması gerekirdi. Halbuki sadece bu olaydan 25 gün kadar önce kısa süreli bir parlama gözlenmiş, onun dışında kaynağın ışınım gücünde önemli bir değişim meydana gelmemişti.

O zaman, bu sıçramanın bir aksama (glitch) olabileceği ihtimalini masaya yatırdık. Aksamalar, izole (tek) nötron yıldızları olan radyo atarcalarının pek çoğunda ve yine çok yüksek manyetik alana sahip izole nötron yıldızları olan magnetarların bir kısmında uzun yıllardır gözleniyordu.

Mekanizmasının detayları çok iyi bilinmese de aksamaların, nötron yıldızının kabuğunun altında kalan iç bölgedeki süperakışkan nötronların dönüşüyle kabuğun dönüşü arasındaki birliğin zaman içinde artarak zayıflamasıyla tetiklendiği düşünülüyor. Süperakışkanın açısal momentumunu “taşıyan” girdapların (vortex) dışarıya doğru kayarak kabuğa tutunmaları sonucu böyle bir aksamanın meydana gelip ardından dönüşlerin tekrar eşzamanlanmasıyla kaynağın önceki yavaşlama trendine geri döndüğü düşünülüyor.

Aksamanın şimdiye kadar sadece izole kaynaklarda gözlenmesinin muhtemelen en başta gelen sebebi, bu kaynakların sabit bir yavaşlama oranına sahip olması yani üzerlerine etki eden torkların kararlı ve az gürültülü olmasıdır. Böylece süperakışkan nötronlarla kabuk arasındaki dönüş birliği düzenli olarak zayıflar, yani bir aksamanın tetiklenme olasılığı da artmış olur.

Nedeni kütle aktarımı kaynaklı torklar da olsa, SXP 1062, radyo atarcaları gibi düzenli ve kararlı yavaşlıyor. Ayrıca yavaşlama oranının büyük olmasının, genç olmasına rağmen yavaş dönüyor olmasının ve çok yüksek bir manyetik alan şiddetine sahip olmasının da kaynağın bir frekans aksaması göstermesine yol açtığı düşünülüyor. Zaten son yıllarda da SXP 1062 gibi kaynakların aksamalar gösterebileceğine dair kuramsal öngörüler ortaya konmaya başlamıştı (örneğin Ducci ve arkadaşlarının çalışması dikkat çekicidir).

SXP 1062’de gözlenen aksama hem bu tür kaynaklarda gözlenen ilk, hem de şu ana kadar oransal frekans değişimi ($\Delta \nu/\nu\simeq 10^{-3}$) en büyük olan aksama. Keşfettiğimiz bu aksama, kütle aktarımı yapan nötron yıldızlarının da izole atarcalar gibi iç yapılarından kaynaklanan benzer dinamik tepkiler verebileceğini gösteren ilk örnek oldu.

Gelecekte de NICER gibi yeni X-ışını deneylerinin, hem SXP 1062 hem de SXP 1062’ye benzer özellikler gösteren başka kaynaklarda yeni aksamalar keşfedebileceklerini ümit edebiliriz.

Sıtkı Çağdaş İnam
Başkent Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü

*Liderliğini Orta Doğu Teknik Üniversitesi öğretim üyesi Prof. Dr. Altan Baykal’ın yaptığı ekibimizde Muhammed Miraç Serim, Dr. Şeyda Şahiner ve Danjela Çerri-Serim de yer alıyor. SXP 1062’nin aksama (glitch) keşfi Royal Astronomical Society (RAS) tarafından basın bülteni olarak duyurulan ilk Türkiye adresli çalışma oldu.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here