Çin’in Purple Mountain Gözlemevi’nden bilim insanları, nötron yıldızlarının kütle sınırının gizemini çözmeyi amaçlayan bir çalışma yürüttü.
Çalışmada LIGO, VIRGO yerçekimsel dalga dedektörü ve ISS’deki Nötron Yıldızı İç Kompozisyon Araştırması (NICER) misyonu tarafından toplanan veriler kullanıldı.
Çalışmanın amaçlarından biri, nötron yıldızları için Oppenheimer-Volkow sınırını (bir nötron yıldızının kara deliğe çökebileceği tam kütle) belirlemekti. Profesör Fan Yizhong liderliğindeki araştırmacılar, dönmeyen bir nötron yıldızının kütlesinin 2,25 güneş kütlesini geçemeyeceği sonucuna vardı.
Ayrıca araştırmacılar, nötron yıldızlarının kütlesinin, yıldızın başlangıç kütlesine bağlı olduğunu da kaydetti. Örneğin Güneşimiz, yaşam döngüsünü tamamlaması 10 milyar yıldan fazla süren sarı bir cücedir. Güneş şu anda yaklaşık 4,5 milyar yaşında ve beyaz cüce olma sürecinde. Yaşlandıkça çekirdeğindeki ağır elementleri yakarak ısınmasına ve genişlemesine neden olur. Bunun sonucunda Güneş yaklaşık 5 milyar yıl içinde kırmızı bir dev haline gelecek ve dış katmanları dökülecek. Yaşam döngüsünün sonunda küçülecek ve beyaz cüceye dönüşecek. Bazı beyaz cüceler nispeten büyük olabilse de, bu nesnenin kütlesi bugünkü Güneş’inkinden daha az olacaktır.
Güneş’ten daha büyük yıldızlar da aynı döngüden geçer, ancak yaşamları süpernovalarla sona erer. Bir süpernovadan (kara delik veya nötron yıldızı) sonra geriye ne kalacağı, kalıntının kütlesine bağlıdır. Nesneler arasında Oppenheimer-Volkoff sınırı gibi ince bir çizgi vardır.
Kütlesi 8 ila 25 güneş kütlesi arasında olan nesneler nötron yıldızlarına dönüşür. “Nötron yozlaşma basıncı” adı verilen bir mekanizma bu kalıntıları yerinde tutar. Yıldızın geri kalan çekirdeği süpernova patlamasından sonra büzülür. Ancak çekirdeğin atom çekirdeğindeki nötronlar ve protonlar “yoğunlaşır” ve sıkışmayı bırakır. Ve böylece sistem dengeye gelir. Bu noktada ortaya çıkan nötron yıldızı Oppenheimer-Volkow sınırına yaklaşıyor. Bir nesnenin kütlesi artarsa (veya varsa), bu, kütlesinin sınırı aştığı ve bir kara delik oluştuğu anlamına gelir.
Nötron yıldızlarının kütlesinin maksimum sınırı hakkındaki bilgileri bir araya getiren bilim insanları, bir nötron yıldızı veya kara delikteki maddenin durumunu dikkate alan durum denklemi modellerini kullandı ve modeller basınç, hacim ve sıcaklık gibi parametreleri tanımladı. Çalışmaları, nötron yıldızlarının kütlesi için yaklaşık 2,5 güneş kütlesi olan bir üst sınır belirledi ve böyle bir nötron yıldızının yaklaşık 11,9 kilometrelik bir yarıçapa sahip olacağını gösteriyor.
Bir sonraki adım, yerçekimi dalgaları ve yumuşak X-ışınlarının gerçek gözlemlerine dayanarak bu ölçümlerin ve modellerin doğruluğunu test etmek olacaktır. Yayınlanan makalede Fan ve ekibi, ikinci nesil kütleçekim dalgası dedektörleri tarafından tespit edilen, kütlesi 2,5 ila 3 güneş kütlesi arasında olan nesnelerin muhtemelen “hafif kara delikler” olabileceğini öne sürüyor.
Ayrıca çalışmanın kozmolojiye, özellikle de Evrenin genişleme hızını tanımlayan Hubble sabitine ilişkin çıkarımları da var. Megaparsek başına saniyede yaklaşık 70 kilometredir (±2,2 km/sn/Mpc). Sayılar, gökbilimcilerin hesaplamak için hangi yöntemleri kullandığına bağlıdır. Nötron yıldızlarının kütlesine ilişkin önerilen sınır, kozmolojik modelin tahminleriyle tutarlıdır ve bu, onun Evrenin temel modelini test etmek için bir yöntem olarak kullanılmasına olanak tanır.
