Geçtiğimiz günlerde NASA’nın Chandra ve ESA’nın XMM-Newton araçları tarafından, tahmin edilenden çok daha hızlı soğuduklarını göstererek mevcut modellere meydan okuyan üç anormal derecede soğuk, genç nötron yıldızı keşfedildi.
Bu keşif, ortaya konan çok sayıda nötron yıldızı modelinden yalnızca küçük bir kısmının gerçekçi olduğunu ima etmesi ve genel görelilik ile kuantum mekaniği arasındaki boşlukları astrofiziksel kanıtlarla doldurma sürecinde önemli bir ilerlemeye işaret etmesi bakımından önemli sonuçlar doğurabilir.
Yaşlarına göre anormal derecede soğuk olan üç genç nötron yıldızı NASA’nın Chandra uzay aracı ve ESA’nın XMM-Newton uzay aracı tarafından bulundu. Bilim insanları, bilinen nötron yıldızı modellerinin %75’inden fazlasının, özelliklerinin çeşitli modellerle karşılaştırılmasına dayanan tuhaflıkların düşük sıcaklıkları tarafından dışlandığını belirlediler. Bu durum evrenin temel yasaları açısından önemli sonuçlar doğurmaktadır ve nötron yıldızları için hepsini yöneten tek bir “durum denkleminin” keşfine doğru atılmış önemli bir adımdır.
Nötron yıldızları, yıldız kütleli kara deliklerden sonra evrendeki en yoğun şeylerdir. Büyük bir yıldızın, yıldız bir süpernovaya dönüştüğünde geriye kalan ezilmiş çekirdeği, her bir nötron yıldızını oluşturan şeydir. Yıldızın dış katmanları, yakıtı tükendiğinde ve yıldızın çekirdeği yerçekimi nedeniyle patladığında uzaya fırlatılır.
Bilim insanları, maddenin bir nötron yıldızının merkezinde ne kadar sıkı sıkıştırıldığından dolayı nasıl bir yapı aldığından hala emin değiller. Atomlar bile böylesine aşırı basınç altında çöktüğü için -atom çekirdeği ile elektron füzyonu protonları nötronlara dönüştürüyor- nötron yıldızları bu ismi hak ediyor. Bununla birlikte, yoğun ısı ve basınç nedeniyle işler daha da garipleşebilir, bu da parçacıkları, kendilerini oluşturan kuarklardan oluşan dönen bir çorba halinde eritebilir ya da başka hiçbir yerde hayatta kalamayan daha sıra dışı parçacıkları kararlı hale getirebilir.
Bir nötron yıldızının içinde gerçekleşebilecek olası fiziksel süreçleri özetleyen teorik bir model olan “durum denklemi”, bir nötron yıldızının içinde neler olup bittiğini tasvir eder. Sorun şu ki, yüzlerce potansiyel durum denklemi modelinden hangisinin doğru olduğu konusunda uzmanlar hala emin değil. Her nötron yıldızı, davranışları kütle veya dönüş hızı gibi faktörlere bağlı olarak değişebilse bile, aynı durum denklemini takip etmelidir.
Bilim insanları, aynı yaştaki benzerlerinden 10-100 kat daha soğuk olan çok genç ve soğuk üç nötron yıldızı keşfettiler. Bu keşifler NASA’nın Chandra misyonu ve ESA’nın XMM-Newton uydusundan elde edilen veriler analiz edilerek yapıldı. Araştırmacılar, bu üç anomalinin ortaya çıkışının, niteliklerini çeşitli modellerin öngördüğü soğuma oranlarıyla karşılaştırarak önerilen durum denklemlerinin çoğunu dışladığı sonucuna varmışlardır.
“Sadece hızlı bir soğutma mekanizması bu üç nötron yıldızının kısa yaşını ve düşük yüzey sıcaklığını açıklayabilir. Araştırma, Uzay Bilimleri Enstitüsü (ICE-CSIC) ve Katalonya Uzay Çalışmaları Enstitüsü’ndeki (IEEC) araştırma grubu gelişmiş soğutmayı etkinleştiren astrofizikçi Nanda Rea tarafından yönetildi. Rea, “Bu, olası modellerin önemli bir bölümünü dışlamamızı sağlıyor” diyor.
Nötron yıldızlarının gerçek durum denkleminin belirlenmesi, evreni yöneten temel ilkeler açısından önemli sonuçlar doğurur. Fizikçiler şu anda kuantum mekaniği ve genel göreliliği entegre edememeleriyle ünlüdür. Bunu test etmek için en iyi yer, Dünya’da ulaşabileceğimizden çok daha yüksek yoğunluk ve yerçekimine sahip olan nötron yıldızlarıdır.
Aşırı soğuk olmaları nedeniyle, bu üç tuhaf nötron yıldızı geleneksel X-ışını gözlemevleri tarafından görülemeyecek kadar sönüktür. XMM-Newton verilerini analiz eden ESA araştırma görevlisi Camille Diez’e göre, “XMM-Newton ve Chandra’nın olağanüstü hassasiyeti, sadece bu nötron yıldızlarını tespit etmeyi değil, aynı zamanda sıcaklıklarını ve diğer özelliklerini belirlemek için yeterli ışık toplamayı da mümkün kıldı.”
Yine de hassas gözlemler, bu anomalilerin nötron yıldızlarının durum denklemine etkileri hakkında sonuçlar çıkarmanın yalnızca ilk adımıydı. Bunu başarmak için Alessio Marino, Clara Dehman ve Konstantinos Kovlakas, Nanda’nın ICE-CSIC’deki araştırma ekibinin bir parçası olarak kendi bilgilerini bir araya getirdi.
Alessio nötron yıldızlarının fiziksel özelliklerini bulmada başı çekti. Ekip, nötron yıldızlarının yüzeylerinden yayılan X-ışınlarından sıcaklıklarını belirleyebildi ve yakındaki süpernova kalıntılarının boyutları ve hızları kesin bir yaş tahmini sağladı.
Çeşitli soğutma mekanizmalarını içeren durum denklemleri için nötron yıldızı “soğuma eğrilerinin” hesaplanması daha sonra Clara’nın sorumluluğundaydı. Bu, sıcaklığı ile yakından ilişkili bir özellik olan nötron yıldızının parlaklığında öngörülen yıllık değişimlerin grafiğinin çizilmesini içerir. Bu eğrilerin biçimleri, hepsi gözlemlerden tam olarak tespit edilemeyen bir dizi nötron yıldızı özelliğine bağlıdır. Bunu hesaba katmak için grup, çeşitli potansiyel nötron yıldızı kütleleri ve manyetik alan yoğunlukları için soğuma eğrilerini hesapladı.
Tüm bunlar nihayet Konstantinos’un istatistiksel analizi ile bir araya getirildi. Hızlı soğuma mekanizmasından yoksun durum denklemlerinin, simüle edilen soğuma eğrilerinin tuhaf topların özellikleriyle ne kadar iyi eşleştiğini değerlendirmek için makine öğreniminin uygulanmasıyla gösterildiği gibi, verilerle eşleşme olasılığı yoktur.
Nötron yıldızları üzerine yapılan araştırmalar, yerçekimi dalgaları ve parçacık fiziği de dahil olmak üzere çok çeşitli bilimsel alanları kapsamaktadır. Nanda, bu projenin başarısının, evren hakkındaki bilgilerimizi genişletmek için işbirliğinin ne kadar önemli olduğunu gösterdiğini söylüyor.
Kaynak: scitechdaily
