Nötron Yıldızları ve Pulsarlar
Bir nötron yıldızı, Güneş'in kütlesinden daha fazlasını şehir büyüklüğünde bir küreye sığdırmakta olup, nötron yozlaşması ve nükleer kuvvetler tarafından desteklenmektedir; döndüğünde ve radyasyon yaydığında, onu bir pulsar olarak görmekteyiz.
Tanım
Bir nötron yıldızı, atom çekirdeğinden birkaç kat daha yoğun, esas olarak nötron yozlaşma basıncı ve nükleer kuvvetler tarafından desteklenen kompakt bir yıldız kalıntısıdır; bir pulsar ise, radyasyon darbeleri (pulses) olarak gözlemlenen, hızla dönen, güçlü manyetize olmuş bir nötron yıldızıdır.
Kapsam
Konu, çekirdek çökmesi süpernovalarında nötron yıldızlarının oluşumunu, iç yapılarını ve yoğun madde hal denkleminin (equation of state) az bilinen özelliklerini, maksimum nötron yıldızı kütlesini, dönüşle çalışan pulsarları ve bunların hassas saatler olarak kullanımını, ayrıca magnetarların aşırı manyetik alanlarını kapsamaktadır.
Temel sorular
- Nötron yıldızları nasıl oluşur ve onları ne destekler?
- Bir nötron yıldızının içindeki madde neye benzer?
- Pulsarlar neden düzenli darbeler yayar?
- Bir nötron yıldızının sahip olabileceği maksimum kütle nedir?
Anahtar kavramlar
- nötron yozlaşması
- hal denklemi
- pulsar
- manyetik dipol
- dönüş yavaşlaması
- magnetar
- glitch
Temel kuramlar
- Nötron yozlaşması ve yoğun madde hal denklemi
- Nötron yıldızları, itici nükleer kuvvet tarafından sertleştirilen nötron yozlaşma basıncıyla desteklenmektedir; yapıları, kütle ve yarıçap arasındaki ilişkiyi ve maksimum kütleyi belirleyen, nükleer yoğunluğun ötesindeki maddenin hal denkleminden (equation of state) türemektedir.
- Pulsarların dönen manyetik dipol modeli
- Bir pulsar, güçlü, hizasız manyetik alanı kutupları boyunca radyasyon demetlerini yönlendiren hızla dönen bir nötron yıldızıdır; yıldız döndükçe demet Dünya'yı süpürür, gözlemlenen saat benzeri darbeleri (pulses) üretirken manyetik frenleme dönüşü kademeli olarak yavaşlatır.
Mekanizmalar
Büyük bir yıldızın demir çekirdeği çöktüğünde, elektronlar protonlarla birleşerek nötronları oluşturur ve çekirdek yaklaşık yirmi kilometre çapında bir nötron yıldızına dönüşerek geri sıçrar. Açısal momentum ve manyetik akı korunumu, onu muazzam bir manyetik alanla hızla döner halde bırakır; manyetik alan çizgileri boyunca hızlanan yüklü parçacıklar, darbeler (pulses) olarak görülen ışınlanmış radyasyon üretirken, manyetik torklar dönme enerjisini yavaşça tüketir.
Klinik önem
Nötron yıldızları, süpernükleer yoğunluklardaki madde ve güçlü alan kütleçekimi için doğal laboratuvarlardır; milisaniye pulsarları atom saatleriyle rekabet etmekte olup, genel göreliliği test etmek ve kütleçekimsel dalgaları aramak için kullanılmaktadır. Ayrıca, nötron yıldızı birleşmeleri ağır elementler ve tespit edilebilir kütleçekimsel dalga sinyalleri üretmektedir.
Tarihçe
Baade ve Zwicky 1934'te nötron yıldızlarını önermiş, Oppenheimer ve Volkoff 1939'da onları modellemiş, Jocelyn Bell Burnell ise ilk pulsarı 1967'de keşfetmiştir; Pacini ve Gold kısa süre sonra pulsarları dönen manyetize nötron yıldızları olarak tanımlamış, bu görüş Yengeç süpernova kalıntısındaki pulsar tarafından doğrulanmıştır.
Tartışmalar
- Nötron yıldızı hal denklemi ve maksimum kütle
- Nükleer yoğunluğun üzerindeki maddenin davranışı ve dolayısıyla maksimum nötron yıldızı kütlesi ile kuark madde gibi egzotik fazların olası varlığı belirsizliğini korumaktadır; kütle ve yarıçap ölçümleri ile kütleçekimsel dalga gözlemleri olasılıkları giderek daraltmaktadır.
Öne çıkan isimler
- Jocelyn Bell Burnell
- Antony Hewish
- Fritz Zwicky
- Franco Pacini
İlgili konular
Temel eserler
- hewish1968
- shapiro1983
Sıkça sorulan sorular
- Bu kadar küçük bir şey nasıl bu kadar ağır olabilir?
- Bir nötron yıldızında, kütleçekimi maddeyi atom çekirdeğinin yoğunluğuna eşit veya onu aşan yoğunluklara sıkıştırmıştır, bu nedenle bir çay kaşığı malzeme milyarlarca ton ağırlığında olacaktır; bu durum, bir Güneş kütlesinden fazlasının sadece yaklaşık on kilometrelik bir yarıçapa sığmasını sağlamaktadır.
- Pulsarlar neden bu kadar düzenli darbeler yayar?
- Bir pulsar, manyetik kutuplarından dar demetler halinde radyasyon yayar ve nötron yıldızı hızla ve düzenli bir şekilde döndüğü için, bir demet Dünya'yı her süpürdüğünde bir darbe kaydederiz, bu da pulsarları bilinen en hassas doğal saatler arasına sokmaktadır.