Gökbilimciler dönen yıldızların kalp atışlarını ölçer

Uluslararası bir bilim insanı ekibi, nötron yıldızları doğup milyonlarca yıl süren dönen şimşek fırtınaları oluştururken evrenin atan kalp atışlarını gözlemlemek için MeerKAT radyo teleskopunu kullandı.

Radyo pulsarları, bir deniz fenerinden gelen ışık darbeleri gibi radyo dalgalarının parlamalarını gözlemleyebildiğimiz dönen nötron yıldızlarıdır. Güneş kütlesinin yaklaşık bir buçuk katı kütleleri ve yalnızca yaklaşık 25 km’lik boyutları ile nötron yıldızları bilinen en yoğun yıldızlardır. Tipik olarak saniyenin binde birinden on saniyede bire kadar son derece hızlı dönerler ve yaşlandıkça yavaş yavaş yavaşlarlar.

Şimdi, işbirlikçi gökbilimcilerden oluşan bir ekip, şimdiye kadarki en büyük pulsar araştırmasını yayınladı. Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimleri.

Nötron yıldızları aynı zamanda evrendeki en güçlü mıknatıslardır ve ortalama olarak Dünya’daki en güçlü mıknatıstan bir milyon kat daha güçlüdür. Bu tür aşırı özellikler, fizik yasalarını olağanüstü yüksek doğrulukla test etme fırsatı sunar. Keşfedilmelerinin üzerinden 60 yıl geçmesine rağmen, bu egzotik nesnelerin doğasına ilişkin temel sorular hâlâ varlığını koruyor.

Hiçbir pulsar birbirinin aynı değildir ve fiziğin bu heyecan verici alanlarında ilerlemek için mümkün olduğu kadar çok pulsarın hassas gözlemlerini gerektirir. “Bin Pulsar Dizisi” (TPA) projesi, MeerKAT radyo teleskopunun benzeri görülmemiş hassasiyetinden yararlanarak bu amaçları gerçekleştirmeyi amaçlayan uluslararası bir işbirliğidir. Bu, Güney Afrika’daki Karoo çölündeki 64 antenden oluşuyor ve İngiltere’nin liderliğini elinde bulundurduğu Kilometre Kare Dizisine doğru bir basamak taşı.

Bulgular, biri Manchester Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen ve kaydedilen bir milyonu aşkın bireysel flaş çalışmasının bulgularını detaylandıran iki bölüm halinde yayınlandı. Flaş dizisi, bir darbe dizisi olarak görselleştirilebilir.

Manchester Üniversitesi’nden Dr. Patrick Weltevrede, “Bir atarcayı gözlemlemek, bir atarcanın nabzını kontrol etmeye benzer, onun ‘kalp atışının’ özelliklerini ortaya çıkarır. Her bir nabzın şekli ve gücü farklıdır.”

Bazı pulsarlar için, görselleştirildiğinde sıralı çapraz şerit desenleri görünür. Xiaoxi Song, Ph.D. Manchester Üniversitesi’ndeki bir öğrenci, “TPA verilerinin üstün kalitesi ve gelişmiş analizimiz, birçok pulsar için bu modelleri ilk kez ortaya çıkarmamıza olanak sağladı. Bu modeller, yıldızın etrafında dönen şimşek fırtınalarıyla açıklanabilir. Bulgular pulsarların nasıl çalıştığına dair temel bir şeye işaret ediyor.”

Pulsar doğduktan sonra şimşek fırtınaları yıldızın etrafında hızlı ve kaotik bir şekilde döner. Birkaç milyon yıl sonra şimşek fırtınaları diner ve desenler daha yavaş ve daha istikrarlı hale gelir. Bu, modellerin öngördüğünün tam tersi olarak ortaya çıkıyor. Sonunda, birkaç milyar yıl sonra şimşek tamamen duracak ve pulsarlar artık tespit edilemez hale gelecek.

MeerKAT ekibi yakın zamanda Royal Astronomical Society’nin prestijli Grup Ödülü’nü aldı ve TPA projesi şimdi olağanüstü bir dönüm noktasına ulaştı: bilinen pulsarların üçte birinden fazlasını temsil eden 1.200’den fazla pulsarın ayrıntılı gözlemleri.

Oxford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen eşlik eden çalışmada, nabız şekillerinin istatistiksel özellikleri sunulmaktadır. Bettina Posselt şöyle açıklıyor: “Bir atarcanın radyo emisyonunu yöneten en önemli özelliğin, sözde dönme gücü olduğunu bulduk. Bu, dönüşü yavaşlarken bir nötron yıldızı tarafından her saniye serbest bırakılan enerjiyi nicelleştiriyor. Bazıları Bu spin-down gücü, gözlemlenen radyo dalgalarını üretmek için kullanılır.”

Modeller, yıldızı çevreleyen iyonize gazın sürekli olarak şimşekli fırtınalarla karşılaştırılabilecek şekilde boşaldığını ve radyo darbeleri ürettiğini tahmin ediyor. Yeni veriler, spin-down gücünün, radyo emisyonunun nötron yıldızı yüzeyinin ne kadar üzerinde gerçekleşeceğini ve yüklü parçacıkların ne kadar enerjiye sahip olduğunu etkilediğini gösteriyor. Döndürme gücünün yaşla birlikte azaldığına dair kanıtlar bulunduğundan ve 1.200 atarca, döndürme gücünde büyük çeşitlilik gösterdiğinden, TPA verileri nötron yıldızlarının yaşlanmasını incelemek için idealdir.

Yeni veriler, en az dönme gücüne sahip pulsarların bile yoğun radyo emisyonu yaydığını ve uzak mesafelere kadar tespit edilebildiğini gösteriyor. Bu sonuç, önceden tahmin edilenden daha fazla keşfedilmeyi bekleyen daha büyük bir pulsar popülasyonu olabileceğini düşündürmektedir.

Her iki projeden alınan TPA verileri artık herkesin erişimine açıktır. Uluslararası topluluğun hem bu pulsarların hem de araya giren yıldızlararası uzayın özellikleri hakkında daha fazla araştırma yapmasını sağlarlar.