Bilim insanları, onlarca yıldır astrofizikçilerin ilgisini çeken nötron yıldızlarının gizemlerini keşfetmeye devam ediyor. arXiv’de yayınlanan yeni bir çalışma, bu nesnelerin özelliklerine ve olası varoluşlarına yeni bir ışık tutuyor.
Bilinen nötron yıldızlarının çoğunun kütlesi 1,4 ila 2,0 güneş kütlesi arasındadır. Üst sınır, yaklaşık iki güneş kütlesinin ötesinde bir nötron yıldızının çökerek kara deliğe dönüşeceği gerçeğiyle açıklanıyor. Alt sınır beyaz cücelerin kütlesine göre belirlenir. Nötron yıldızları, nötronlar arasındaki basınç nedeniyle yerçekimsel çökmeye direnirken, beyaz cüceler, elektron gazının basıncı nedeniyle yerçekimine direnir.
İlk kez 1930’da Subrahmanyan Chandrasekhar tarafından keşfedildiği gibi, beyaz cüceler kendilerini yalnızca şu anda Chandrasekhar sınırı veya 1,4 güneş kütlesi olarak bilinen sınıra kadar destekleyebilirler. Bu bakımdan astrofizikçiler bir nötron yıldızının en azından aynı kütleye sahip olması gerektiğine inanıyorlar. Aksi takdirde çöküş beyaz cücede duracaktır. Ancak bu mutlaka böyle değildir.
Bilim insanları, “Basit bir hidrostatik çöküşte, 1,4 güneş kütlesinden küçük her şeyin beyaz cüce olarak kalacağı doğrudur” yorumunu yapıyor. Daha büyük yıldızların yakıtı bitip çökmez. Süpernova şeklinde yıkıcı patlamalara maruz kalırlar. Eğer böyle bir patlama merkezi çekirdeği hızlı bir şekilde sıkıştırırsa, ortaya çıkan çekirdek, kütlesi 1,4 güneş kütlesinden daha az olan nötron maddesinden oluşacaktır.
Soru, onun küçük bir nötron yıldızı olarak kararlı olup olamayacağıdır. Bu, durum denklemiyle tanımlanan nötron maddesinin nasıl bir arada tutulduğuna bağlıdır. Bir nötron yıldızının maddesi, belirli varsayılan parametrelere dayanan karmaşık bir göreli denklem olan Tolman-Oppenheimer-Volkow denklemi tarafından yönetilir. Modern verileri kullanan TOV durum denklemi, bir nötron yıldızı için üst kütle sınırını 2,17 güneş kütlesine ve alt kütle sınırını yaklaşık 1,1 güneş kütlesine belirler. Gözlem yoluyla izin verilen en uç değerlerin parametrelerini dikkate alırsak, alt sınır 0,4 güneş kütlesine düşebilir.
Çeşitli araştırma merkezlerinden bilim insanları, Başak ve Gelişmiş LIGO yerçekimsel dalga gözlemevlerinin üçüncü gözlemsel lansmanından elde edilen verileri inceledikleri yeni bir çalışma yürüttüler. Gözlemlenen olayların çoğu yıldız kütleli kara deliklerin birleşmeleri olsa da, gözlemevleri aynı zamanda iki nötron yıldızı veya bir nötron yıldızı ile ona eşlik eden bir kara delik arasındaki birleşmeleri de tespit edebilir. Bu daha küçük birleşmelerin sinyal gücü, yerçekimsel dalga dedektörlerinin gürültü seviyesine o kadar yakındır ki, onu tespit etmek için aramanız gereken sinyal türü hakkında bir fikre sahip olmanız gerekir. Nötron yıldızı birleşmeleri için, nötron yıldızlarının gelgit deformasyonlarına duyarlı olması gerçeği nedeniyle bu durum karmaşıklaşmaktadır. Bu deformasyonlar birleşme sinyalinin gürültüsünü değiştirecek ve nötron yıldızı ne kadar küçükse deformasyon da o kadar büyük olacaktır.
Ekip, kütleleri beyaz cücenin kütlesinin altında olan nötron yıldızlarının birleşme sırasında gelgit nedeniyle nasıl deforme olacağını modelledi ve ardından bunun gözlemlenen yerçekimsel gürültüyü nasıl etkileyeceğini hesapladı. Daha sonra üçüncü gözlemsel çalışmadan elde edilen verilerde bu tür imzaları aradılar.
Ekip, küçük nötron yıldızlarının varlığına dair hiçbir kanıt bulamamasına rağmen, bu tür birleşmelerin varsayımsal oranına bir üst sınır koymayı başardı. Aslında bilim insanları, Güneş’in kütlesinin %70’ine kadar olan bir nötron yıldızının dahil olduğu 2.000’den fazla gözlemlenen birleşme olamayacağını keşfettiler.
“Nötron yıldızları ve onların özellikleri hakkındaki anlayışımızın hala başlangıcındayız. Önümüzdeki yıllarda ya küçük nötron yıldızlarını tespit edecek ya da var olamayacaklarını kanıtlayacak daha hassas kütle çekim teleskoplarına sahip olacağız. Bu, bu gizemli nesneleri incelemek için yeni fırsatlar yaratacak ve Evrenin gizemlerini daha iyi anlamamıza yardımcı olacak” yorumunu yapıyor araştırmacılar.
