Gökbilimciler, yalnızca kütle çekim etkileriyle ortaya çıkarılan, Güneş benzeri yıldızlarla ikili yörüngelerde bulunan 21 uzak nötron yıldızı tespit ettiler. Gaia görevi tarafından kolaylaştırılan bu bulgular, süpernova olaylarından beklenmedik şekilde kurtulmaları göz önüne alındığında ikili yıldız oluşumu teorilerinde karmaşıklıklar olduğunu gösteriyor. Kaynak: SciTechDaily.com
Yeni gözlemler, nötron yıldızlarının Güneş’e benzer yıldızlarla eşleştiğini ortaya koydu.
Evrenimizdeki yıldızların çoğu çiftler halinde gelir. Bizim Güneşimiz yalnızken, Güneşimiz gibi birçok yıldız benzer yıldızların yörüngesinde dönerken, yıldızlar ve kozmik küreler arasında bir dizi başka egzotik eşleşme evreni doldurur. Örneğin, kara delikler sıklıkla birbirlerinin yörüngesinde bulunur. Oldukça nadir olduğu kanıtlanan bir eşleşme, Güneş benzeri bir yıldız ile bir tür ölü yıldız arasında nötron yıldızı.
Caltech’ten Kareem El-Badry liderliğindeki gökbilimciler, Güneşimiz gibi yıldızlarla ikili sistemlerde yörüngede dönen 21 nötron yıldızı olduğu görünen şeyi ortaya çıkardılar. Nötron yıldızları, patlayan büyük yıldızların yoğun yanmış çekirdekleridir. Kendi başlarına son derece sönüktürler ve genellikle doğrudan tespit edilemezler. Güneş benzeri yıldızlardan daha ağırdırlar, ancak iki nesne ortak bir kütle merkezi etrafında karşılıklı olarak birbirlerinin yörüngesinde dönerler. Nötron yıldızları yörüngede dönerken, Güneş benzeri yıldızları çekerler ve arkadaşlarının gökyüzünde ileri geri hareket etmesine neden olurlar. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia misyonunu kullanan gökbilimciler, bu belirleyici dalgalanmaları yakalayarak yeni bir karanlık nötron yıldızı popülasyonunu ortaya çıkarmayı başardılar.
Gaia’nın Astrofizik Araştırmalarındaki Rolü
Almanya’daki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde yardımcı bilim insanı ve Caltech’te astronomi yardımcı doçenti olan El-Badry, “Gaia sürekli olarak gökyüzünü tarıyor ve bir milyardan fazla yıldızın salınımlarını ölçüyor, bu nedenle çok nadir nesneleri bile bulma şansı yüksek” diyor.
Dünyanın dört bir yanından yazarlardan oluşan bir ekibin yer aldığı yeni çalışma 15 Temmuz’da yayımlandı. Astrofizik İçin Açık DergiHawaii’deki Maunakea’daki WM Keck Gözlemevi, Şili’deki La Silla Gözlemevi ve Arizona’daki Whipple Gözlemevi de dahil olmak üzere çeşitli yer tabanlı teleskoplardan gelen veriler, Gaia gözlemlerini takip etmek ve gizli nötron yıldızlarının kütleleri ve yörüngeleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için kullanıldı.
Bu çizim, yoğun bir nötron yıldızı ve normal bir Güneş benzeri yıldızdan (sol üst) oluşan ikili bir yıldız sistemini tasvir ediyor. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia görevinden alınan verileri kullanan gökbilimciler, iki gövdenin birbirinden oldukça uzak olduğu buna benzer birkaç sistem buldular. Bu sistemlerdeki gövdeler birbirinden çok uzakta olduğundan, Güneş benzeri bir yıldızın ortalama 300 katı büyüklüğündeki ayrılıklarla, nötron yıldızı hareketsizdir; aktif olarak eşinden kütle çalmaz ve bu nedenle çok sönüktür. Bu gizli nötron yıldızlarını bulmak için bilim insanları, yörüngedeki nötron yıldızlarının çekme hareketinden kaynaklanan Güneş benzeri yıldızlarda bir sallanma aramak için Gaia gözlemlerini kullandılar. Bunlar, tamamen kütle çekim etkileri nedeniyle keşfedilen ilk nötron yıldızlarıdır. Bu çizimde gösterildiği gibi, Güneş benzeri yıldızdan yaklaşık 100.000 kat daha küçük ancak daha ağır olan kompakt nötron yıldızının yoğun çekimi, etrafındaki gökyüzüne ilişkin görüşümüzü çarpıtarak yakındaki yıldızın çarpık bir ayna görüntüsünü oluşturur. Kaynak: Caltech/R. Hurt (IPAC)
Yeni Nötron Yıldızı Sistemlerinin Ayırt Edici Özellikleri
Nötron yıldızları daha önce Güneşimiz gibi yıldızların yörüngesinde tespit edilmiş olsa da, bu sistemlerin hepsi daha kompakttı. İki gövdeyi ayıran çok az mesafeyle, bir nötron yıldızı (Güneş benzeri bir yıldızdan daha ağırdır) eşinden kütle çalabilir. Bu kütle transferi süreci, nötron yıldızının X-ışını veya radyo dalga boylarında parlak bir şekilde parlamasını sağlar. Buna karşılık, yeni çalışmadaki nötron yıldızları eşlerinden çok daha uzaktadır – Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin bir ila üç katı mertebesinde.
Bu, yeni bulunan yıldız cesetlerinin, onlardan malzeme çalmak için eşlerinden çok uzakta olduğu anlamına geliyor. Bunun yerine hareketsiz ve karanlıklar. El-Badry, “Bunlar, tamamen kütle çekimsel etkileri nedeniyle keşfedilen ilk nötron yıldızları,” diyor.
İkili Sistem Oluşumunun Gizemi
Keşif, bir yıldızın patlayıp Güneşimiz gibi bir yıldızın yanına nasıl geldiği belli olmadığı için bir bakıma sürpriz oldu.
El-Badry, “Bu ikililerin nasıl oluştuğuna dair hâlâ tam bir modelimiz yok,” diye açıklıyor. “Prensip olarak, nötron yıldızının atası çok büyük olmalı ve geç evre evrimi sırasında güneş tipi yıldızla etkileşime girmeliydi.” Büyük yıldız, küçük yıldızı devirmiş ve muhtemelen geçici olarak yutmuş olurdu. Daha sonra, nötron yıldızı atası bir süpernovada patlamış olurdu ve modellere göre bu, ikili sistemleri birbirinden ayırmış, nötron yıldızlarını ve Güneş benzeri yıldızları zıt yönlere savurmuş olurdu.
“Bu yeni sistemlerin keşfi, modeller henüz bunu tam olarak açıklayamasa da en azından bazı ikili sistemlerin bu felaket süreçlerinden sağ çıktığını gösteriyor” diyor.
Gökbilimciler, daha önce patlamış büyük yıldızların ağır, kompakt kalıntıları olan nötron yıldızlarının yörüngesinde Güneşimize benzer 21 yıldız keşfettiler. Gizli nötron yıldızları yalnızca kütle çekim etkileriyle keşfedildi. Nötron yıldızları Güneş benzeri yıldızlardan daha ağır olsa da, iki nesne ortak bir kütle merkezi etrafında karşılıklı olarak yörüngede döner. Nötron yıldızları yörüngede dönerken, Güneş benzeri yıldızları çeker ve bu da onların sallanmasına neden olur. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia görevi, bu sallanmayı, Güneş benzeri yıldızların (sarı noktalar) yörüngelerini üç yıllık bir süre boyunca gözlemleyerek tespit etti. Güneş benzeri yıldızlar bu animasyonda yeşil, nötron yıldızları (ve yörüngeleri) ise mor renktedir. Kaynak: Caltech/Kareem El-Badry
Gaia’nın Algılama Yetenekleri ve Gelecekteki Araştırmalar
Gaia, geniş yörüngeleri ve uzun periyotları nedeniyle (Güneş benzeri yıldızlar nötron yıldızlarının etrafında altı aydan üç yıla kadar periyotlarla döner) olası olmayan yoldaşları bulabildi. El-Badry, “Gövdeler çok yakınsa, salınım tespit edilemeyecek kadar küçük olacaktır,” diyor. “Gaia ile daha geniş yörüngelere karşı daha duyarlıyız.” Gaia ayrıca nispeten yakın olan ikililere karşı en duyarlıdır. Yeni keşfedilen sistemlerin çoğu, Dünya’dan 3.000 ışık yılı uzaklıkta yer almaktadır; bu, örneğin 100.000 ışık yılı uzaklığa kıyasla nispeten küçük bir mesafedir. ışık yılı-çapı Samanyolu Gökada.
Yeni gözlemler ayrıca eşleşmelerin ne kadar nadir olduğunu da gösteriyor. “Güneş tipi yıldızların yaklaşık bir milyonda birinin geniş bir yörüngede bir nötron yıldızının etrafında döndüğünü tahmin ediyoruz” dedi.
Nötron Yıldızlarının Ötesinde Aramayı Genişletmek
El-Badry’nin ayrıca Güneş benzeri yıldızların yörüngesinde görünmeyen hareketsiz kara delikler bulmaya ilgisi var. Gaia verilerini kullanarak, galaksimizde saklı bu sessiz kara deliklerden ikisini buldu. Gaia BH1 adlı biri, 1.600 ışık yılı uzaklıktaki Dünya’ya en yakın bilinen kara deliktir.
“Bunların nasıl olduğunu kesin olarak bilmiyoruz Kara delik El-Badry, “İkili yıldızların evrimi için modellerimizde açıkça boşluklar var. Bu karanlık yoldaşlardan daha fazlasını bulmak ve bunların nüfus istatistiklerini farklı modellerin tahminleriyle karşılaştırmak, bunların nasıl oluştuğunu bir araya getirmemize yardımcı olacak.” diyor.
Referans: Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, David W. Latham, Sahar Shahaf, Tsevi Mazeh, Allyson Bieryla, Lars A. Buchhave, René Andrae, Natsuko Yamaguchi, Howard Isaacson, Andrew W. Howard, Alessandro Savino ve Ilya V. Ilyin tarafından yazılan “Gaia astrometrisinden geniş yörüngelerdeki nötron yıldızı adaylarının bir popülasyonu”, 15 Temmuz 2024, Açık Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.33232/001c.121261
Makale Ulusal Bilim Vakfı, Avrupa Araştırma Konseyi ve Gordon ve Betty Moore Vakfı tarafından finanse edildi. Diğer Caltech yazarları arasında lisansüstü öğrencisi Natsuko Yamaguchi ve Astronomi Profesörü Andrew Howard yer alıyor. Diğer yazarlar arasında Max-Planck Astronomi Enstitüsü’nden Hans-Walter Rix ve René Andrae, Astrofizik Merkezi/Harvard & Smithsonian’dan David Latham ve Allyson Bieryla, Weizmann Bilim Enstitüsü’nden Sahar Shahaf, Tel Aviv Üniversitesi’nden Tsevi Mazeh; Danimarka Teknik Üniversitesi’nden Lars Buchhave, UC Berkeley ve Güney Queensland Üniversitesi’nden Howard Isaacson; UC Berkeley’den Alessandro Savino ve Leibniz Astrofizik Enstitüsü Potsdam’dan Ilya Ilyin yer alıyor.