Nötron yıldızları ilkel kara delikleri yakalıyor olabilir

Samanyolu’nun çekirdeğinde kayıp bir pulsar sorunu var. Gökbilimciler yıllardır bunu açıklamaya çalışıyorlar. En ilginç fikirlerden biri Avrupa’daki bir gökbilimci ekibinden geliyor ve karanlık maddeyi, nötron yıldızlarını ve ilkel kara delikleri (PBH’ler) öne sürüyor.

İtalya’nın Trieste kentindeki Uluslararası İleri Araştırmalar Okulu’ndan gökbilimci Roberto Caiozzo, kayıp pulsar sorununu inceleyen bir gruba liderlik etti. Bir e-postada şöyle yazdı: “Bu iç bölgede herhangi bir pulsar gözlemlemiyoruz (magnetar PSR J1745-2900 hariç)”.

“Bunun teknik sınırlamalardan kaynaklandığı düşünülüyordu, ancak magnetarın gözlemlenmesi aksini gösteriyor gibi görünüyor.” Bu magnetar, Samanyolu’nun çekirdeğindeki kara delik olan Yay A*’nın yörüngesinde dönüyor.

Ekip, pulsarların çekirdekte görünmemesinin diğer olası nedenlerini inceledi ve magnetar oluşumunun yanı sıra nötron yıldızlarındaki bozulmaları da yakından inceledi. İnceledikleri ilgi çekici fikirlerden biri, ilkel kara deliklerin nötron yıldızları tarafından yamyamlaştırılmasıydı.

Ekip, kayıp pulsar sorununu şu soruyu sorarak araştırdı: Nötron yıldızı-ilkel kara delik yamyamlığı, Samanyolu’nun çekirdeğinde tespit edilen milisaniyelik pulsarların eksikliğini açıklayabilir mi? Bunun olup olmayacağını anlamak için bu gizemdeki ana oyunculara bakalım.

Nötron yıldızları, pulsarlar ve küçük kara delikler, aman tanrım

Teori, ilkel kara deliklerin Büyük Patlama’dan sonraki ilk saniyelerde yaratıldığını öne sürüyor. Caiozzo, “PBH’lerin var olduğu bilinmiyor, ancak bazı önemli astrofiziksel olayları açıklıyor gibi görünüyorlar” diye belirtiyor. Süper kütleli kara deliklerin evrende çok erken zamanlarda var olduğu fikrine dikkat çekti ve bunların bu canavarların tohumları olabileceğini öne sürdü.

Eğer orada PHB’ler varsa, yakında çıkacak olan Nancy Grace Roman Teleskobu onların bulunmasına yardımcı olabilir. Gökbilimciler bunların bir toplu iğnenin kütlesinden yaklaşık 100.000 Güneş kütlesine kadar değişen bir kütle aralığında var olabileceklerini tahmin ediyorlar. Ortada “asteroid kütleli” PBH’ler olarak adlandırılan orta bir aralık bulunabilir. Gökbilimciler bu sonuncuları karanlık madde adayları olarak öne sürüyorlar.

Karanlık madde evrenin yaklaşık %27’sini oluşturuyor, ancak PBH’nin karanlık madde içeriğinin bir parçası olabileceğini öne sürmenin ötesinde gökbilimciler hala bunun tam olarak ne olduğunu bilmiyorlar. Galaksimizin çekirdeğinde büyük miktarda var gibi görünüyor. Ancak doğrudan gözlemlenmediğinden varlığı anlaşılmaktadır. Bu orta düzey PBH’lere bağlı mı? Kimse bilmiyor.

Bu kayıp pulsar gizemindeki üçüncü oyuncu nötron yıldızlarıdır. Bunlar, 10 ila 25 güneş kütlesine sahip bir süperdev yıldızın ölümünden sonra arta kalan devasa, titreyen nötron toplarıdır. Nötron yıldızları çok sıcak olarak başlarlar (10 milyon K aralığında) ve zamanla soğurlar.

Çok hızlı dönmeye başlıyorlar ve manyetik alanlar oluşturuyorlar. Bazıları radyasyon ışınları yayar (genellikle radyo frekanslarında) ve döndükçe bu ışınlar emisyon “darbeleri” olarak görünür. Bu onlara “pulsar” lakabını kazandırdı. Son derece güçlü manyetik alanlara sahip nötron yıldızlarına “mıknatıs” adı verilir.

Kayıp pulsar sorunu

Gökbilimciler Samanyolu’nun çekirdeğini pulsar olarak aradılar ancak pek başarılı olamadılar. Art arda yapılan araştırmalar, galaksinin çekirdeğinin 25 parseklik iç kısmında hiçbir radyo pulsarı tespit etmedi. Nedenmiş? Caizzo ve ortak yazarları makalelerinde şunu önerdiler: kağıtşuraya gönderildi: arXiv Önbaskı sunucusuna göre, magnetar oluşumu ve pulsar oluşumunu etkileyen nötron yıldızlarındaki diğer bozulmalar, galaktik çekirdekte bu nesnelerin yokluğunu tam olarak açıklamıyor.

“Verimli magnetar oluşumu bunu açıklayabilir (daha kısa ömürleri nedeniyle),” dedi ve şöyle devam etti: “Ancak bunu beklemek için teorik bir neden yok. Diğer bir olasılık da pulsarların bir şekilde başka şekillerde bozulmasıdır.”

Genellikle bir yıldızın diğerinden daha büyük kütleye sahip olduğu ve süpernova olarak patladığı ikili yıldız sistemlerinde bozulma meydana gelir. Diğer yıldız patlayabilir de patlamayabilir de. Bir şey onu sistemden tamamen atabilir. Hayatta kalan nötron yıldızı “bozulmuş” bir pulsara dönüşür. Kolayca gözlemlenemiyorlar, bu da radyo tespitlerinin eksikliğini açıklayabilir.

Eğer yoldaş dışarı atılmazsa ve daha sonra şişerse, maddesi nötron yıldızı tarafından emilir. Bu nötron yıldızını döndürür ve manyetik alanı etkiler. İkinci yıldız sistemde kalırsa daha sonra patlayarak nötron yıldızına dönüşür. Sonuç ikili bir nötron yıldızıdır. Bu bozulma, galaktik çekirdeğin neden pulsarlardan yoksun göründüğünü açıklamaya yardımcı olabilir.

Kayıp pulsarları açıklamak için ilkel kara delik yakalamayı kullanma

Caizzo’nun ekibi, galaktik çekirdekteki ilkel kara delik yakalama olasılığını araştırmanın bir yolu olarak, milisaniyelik pulsarların (yani son derece hızlı dönen pulsarların) iki boyutlu modellerini kullanmaya karar verdi.

Süreç şu şekilde işliyor: Milisaniyelik bir pulsar, bir yıldız kütlesinden daha az olan ilkel bir kara delikle bir şekilde etkileşime giriyor. Sonunda, (PBH’yi çekecek kadar güçlü bir çekim kuvvetine sahip olan) nötron yıldızı kara deliği yakalar. Bu gerçekleştiğinde PBH, nötron yıldızının çekirdeğine batar. Çekirdeğin içinde kara delik, nötron yıldızından madde biriktirmeye başlar.

Sonunda geriye kalan tek şey, orijinal nötron yıldızıyla hemen hemen aynı kütleye sahip bir kara deliktir. Eğer bu gerçekleşirse, bu Samanyolu’nun iç parseklerinde pulsar eksikliğini açıklamaya yardımcı olabilir.

Bu olabilir mi? Ekip, PBH’lerin nötron yıldızları tarafından yakalanmasının olası oranlarını araştırdı. Ayrıca belirli bir nötron yıldızının çökme olasılığını da hesapladılar ve galaktik çekirdekteki pulsarların bozulma oranını değerlendirdiler. Bozulan pulsarların tümü ikili sistemlerin parçası değilse veya bir parçası değilse, o zaman bu, çekirdekteki pulsarların eksikliğini açıklamanın başka bir yolu olarak PBH’lerin nötron yıldızlarının yakalanmasına neden olur. Ama gerçekte oluyor mu?

Kayıp pulsar gerilimi devam ediyor

Caizzo’ya göre bu yamyamlığın kayıp pulsar sorununu açıklayamayacağı ortaya çıktı. “Mevcut modelimizde PBH’lerin bu nesneleri bozamadığını bulduk, ancak bu yalnızca basitleştirilmiş 2 vücut etkileşimi modelimizi dikkate alıyor” dedi. PHB’lerin varlığını dışlamıyor, yalnızca belirli durumlarda bu tür bir yakalamanın gerçekleşmediğini gösteriyor.

Peki incelenecek ne kaldı? Çekirdeklerde PHB’ler varsa ve birleşiyorlarsa henüz kimse onları görmemiştir. Ancak galaksinin merkezi yoğun bir yer. Çok sayıda ceset merkezi parsekleri dolduruyor. Bu kadar küçük bir alanda etkileşime giren tüm nesnelerin etkilerini hesaplamanız gerekiyor. Bu “çoklu cisim dinamiği” problemi, PBH’lerin dinamikleri ve yakalanmasının yanı sıra diğer etkileşimleri de hesaba katmalıdır.

Galaksinin çekirdeğindeki pulsar gözlemlerinin eksikliğini açıklamak için PBH-nötron yıldızı birleşmelerini kullanmak isteyen gökbilimcilerin, hem önerilen gözlemleri hem de daha büyük pulsar popülasyonlarını daha iyi anlamaları gerekecek.

Ekip, Sgr A*’ya yakın eski nötron yıldızlarının gelecekteki gözlemlerinin çok faydalı olabileceğini öne sürüyor. Çekirdekteki PBH sayısına daha güçlü sınırlamalar getirilmesine yardımcı olacaklar. Ek olarak, bu PBH’lerin kütleleri hakkında bir fikir edinmek yararlı olacaktır, çünkü alt uçtakiler (asteroid kütle türleri) çok farklı şekilde etkileşime girebilir.