Magnetar

Bilinen en güçlü mıknatıslar ve bunlardan birinin galaksi boyunca parladığı gün

Adım adım

Şehir büyüklüğünde bir mıknatıs

Magnetar, bilinen en güçlü manyetik alana sahip bir nötron yıldızıdır. SGR 1806-20'ninki yaklaşık 2×10¹⁵ gauss: Dünya'nınkinin dört katrilyon katı.

Nötron yıldızı, kütleli bir yıldızın çekirdeği çöktüğünde geriye kalandır: yaklaşık 24 km'lik bir topa sığmış 1,4 Güneş kütlesi. Çoğunun manyetik alanı Dünya'nınkinin yaklaşık bir trilyon katıdır. Bilinen 3.000 kadar nötron yıldızından yaklaşık 30'unun alanı bundan da yüz ila bin kat güçlüdür. Bunlara magnetar denir.

Yaklaşık 28.000 ışık yılı uzakta, Yay takımyıldızındaki SGR 1806-20 en güçlülerden biridir. Alanı yaklaşık 2×10¹⁵ gauss. Dünya'nınki yarım gauss, bir buzdolabı mıknatısınınki yaklaşık yüz, şimdiye dek yapılmış en güçlü kalıcı mıknatısınki ise, ABD Ulusal Yüksek Manyetik Alan Laboratuvarı'nda, 455.000'dir.

Bir magnetarın bu kadar yakınında atomların kendileri bile alan boyunca ince iğnelere dönüşür. 1.000 km ötede bile alan hâlâ birkaç milyar gauss olurdu: herhangi bir canlının atomlarını bozmaya yeter.

Yavaş ve frenlenen bir dönüş

Genç nötron yıldızlarının çoğu saniyede defalarca döner. Magnetarlar ise her 2 ila 12 saniyede bir, yavaşça döner, çünkü devasa alanları fren işlevi görür: yıldız dönerken alanı yüklü parçacıkları uzaya savurur ve onlar dönüşünü alıp götürür.

Bükülmüş bir alan

İçeride alanın daha da güçlü ve karmakarışık olduğu düşünülür. Dışarıya doğru yol alırken yıldızın üstündeki alan çizgilerini büker ve onların tutunduğu katı kabuğu zorlar.

Bir nötron yıldızının kabuğu yaklaşık bir kilometre kalınlığında katı bir kabuktur; çelikten çok daha sağlam, demirce zengin çekirdeklerden bir örgü. Manyetik alan içinden geçer ve ona tutunur.

Magnetarlarda alanın yıldızın içinde daha da güçlü ve karmakarışık olduğu düşünülür. Yıllar içinde yavaşça dışarıya doğru ilerler, kabuğu sürükler ve yüzeyin üstünde kavis yapan alan çizgilerini büker. Bükülmüş alan çizgileri elektrik akımı taşır ve akımlar kabuğu ısıtır: magnetarlar X ışınlarında, yavaşlayan dönüşlerinin karşılayabileceğinden daha parlak parlar. Onlara güç veren dönüşleri değil, manyetizmalarıdır.

Burada gösterilen bükülme, en çok kabul gören açıklamanın öne sürdüğü gibi fikri göstermek için çizildi (Thompson, Lyutikov ve Kulkarni 2002). Alanın kendisini kimse göremez.

Yıldız depremleri

Gerilim fazla gelince kabuk çatlar. Her yıldız depremi alanı sarsar ve yaklaşık saniyenin onda biri süren bir X ve gama ışını patlaması salar.

Magnetarlar önce bu patlamalarla fark edildi. 1979'da uydular gökyüzünün aynı yerlerinden gelen kısa, tekrarlayan gama ışını patlamaları yakaladı ve kaynaklarına yumuşak gama tekrarlayıcıları dendi: SGR 1806-20'deki SGR.

Tipik bir patlama saniyenin onda biri kadar sürer ve çoğu X ışını olarak, Güneş'in günlerle aylar arasında verdiği kadar enerji salar. Bir magnetar uyandığında haftalar boyunca yüzlercesini ateşleyip sonra yıllarca susabilir. En çok kabul gören açıklama şudur: kabuk, bir depremde yerin kırılması gibi alanın gerilimi altında kırılır ve üstündeki alan çizgileri aniden yeni bir şekle geçip enerjisini bırakır.

Çatlak ve patlamalar çizimdir, altı kat yavaşlatıldı.

Dev patlama

27 Aralık 2004'te SGR 1806-20 her şeyi bir anda saldı. Saniyenin beşte biri boyunca, 28.000 ışık yılı uzaktan, Dünya'dan bakınca dolunaydan parlaktı: Güneş Sistemi'nin ötesinden görülmüş en parlak parlama.

Dev patlama Dünya'ya 21:30 UT'de ulaştı. Neredeyse tamamı göze görünmeyen gama ışınıydı, ama saniyenin beşte biri boyunca Dünya'ya dolunayın ışığından daha fazla enerji getirdi (Palmer ve ark. 2005). Uzaydaki hemen her gama ışını dedektörünü doyurdu ve Dünya'nın üst atmosferini, iyonosferi bile etkiledi.

Yıllarca gerilmiş alanın büyük bir bölümünün kırılıp bir anda yeni bir şekle geçmesiyle olduğu ve ışık hızının hatırı sayılır bir kesriyle bir madde bulutu fırlattığı düşünülüyor.

Parlama gama ışınlarıdır, soluk mor çizildi, yaklaşık beş kat yavaşlatıldı.

Atan bir kuyruk

Parlamadan sonra alanın tuttuğu bir ateş topu yaklaşık altı dakika parladı; yıldızın her 7,56 saniyelik dönüşü onu bize çevirdikçe parlaklaştı.

İlk parlama saniyenin beşte biri sürdü. Ardından yaklaşık 380 saniyede sönen, her 7,56 saniyede bir yükselip alçalan daha yumuşak bir ışıltı geldi: yıldızın kendi dönüşü.

Açıklama hapsolmuş bir ateş topudur: yüzeyin hemen üstünde, alanın kapalı kavislerine yakalanmış, yüz milyonlarca derecede elektron, pozitron ve gama ışınlarından bir top. Kendi basıncı onu bir anda patlatırdı; onu ancak bu kadar güçlü bir alan tutabilir. Dıştan içe soğudukça ışıltısı söndü; yıldızın dönüşü ise onu Dünya'ya çevirip yeniden uzaklaştırdı.

Burada ateş topu yıldızın bir yanında çizildi; gerçek şekli bilinmiyor. Kuyruk, gerçekte olduğundan yaklaşık dört kat hızlı akıyor.

Yıldız çınladı

Kuyrukta X ışınları sabit frekanslarda, saniyede 18 ila 1.840 kez titreşti: kabuk, vurulmuş bir çan gibi depremle hâlâ sarsılıyordu.

Kuyruğun X ışınlarını hassasça zamanlayan uydular, onların sabit frekanslarda titreştiğini buldu: saniyede 18, 26, 30, 92, 150, 625 ve 1.840 kez (Israel ve ark. 2005; Strohmayer ve Watts 2006). Benzer bir takım, 1998'de SGR 1900+14'ün dev patlamasında da bulunmuştu.

Bunlar bir nötron yıldızının kabuğunun ileri geri, bir yarısı diğerine karşı bükülebildiği biçimlere uyuyor; tıpkı sismologların bir depremden sonra Dünya'nın çınlamasını okuyup içini öğrenmesi gibi. Bir nötron yıldızının içi ilk kez böyle yoklanabildi.

Bu frekanslar duyabildiğimiz perdelerdir. Ses açıkken burada tonlar olarak çalar; ses yükseklikleri çizimdir. Kabuğun bükülmesi, göz izleyebilsin diye yavaşlatılarak çizildi.

Ağır elementler

Patlama madde de fırlattı. Yaklaşık on dakika sonra zayıf bir gama ışını parıltısı, bu maddenin yeni oluşmuş ağır elementler içerdiğini gösterdi: Dünya'nın kütlesinin üçte biri kadar.

Patlama, ışık hızının hatırı sayılır bir kesriyle, nötronca zengin bir madde bulutu fırlattı. Eski kayıtlara yeniden bakan gökbilimciler, parlamadan yaklaşık on dakika sonra zirveye ulaşan, daha geç ve daha sönük bir gama ışını parıltısı buldu.

Parlaklığı ve zamanlaması yeni oluşmuş ağır çekirdeklerin radyoaktif bozunmasına uyuyor: altın, platin ve uranyumu oluşturan hızlı nötron yakalanması, yani r-süreci. Güneş'in kütlesinin yaklaşık milyonda biri, yani Dünya'nınkinin üçte biri kadar oluştu (Patel ve ark. 2025). Böyle dev patlamalar Samanyolu'ndaki en ağır elementlerin yüzde bir ila onunu oluşturabilir; geri kalanın çoğu çarpışan nötron yıldızlarından gelir.

Bulut altın rengi parlayan bir kabuk olarak çizildi; gerçek şekli bilinmiyor.

Galaksimizden bir radyo patlaması

28 Nisan 2020'de başka bir magnetar, SGR 1935+2154, bir X ışını patlaması ve saniyenin binde birinden kısa bir radyo dalgası parlaması saldı: Samanyolu'nun içinden görülen ilk hızlı radyo patlaması.

Hızlı radyo patlamaları, saniyenin birkaç binde biri süren radyo dalgası parlamalarıdır ve ilk kez 2007'de bulundu. Binlercesi görüldü, neredeyse hepsi başka galaksilerden; onları neyin ürettiği bir gizemdi.

28 Nisan 2020'de iki radyo teleskobu, Kanada'daki CHIME ve ABD'deki STARE2, yaklaşık 30.000 ışık yılı uzaktaki SGR 1935+2154'ten bir tanesini, ondan gelen bir X ışını patlamasıyla aynı anda yakaladı. Saniyenin 29 binde biri arayla iki parlama olarak geldi. Başka bir galaksiden bakılsa sönük bir hızlı radyo patlaması gibi görünürdü: o uzak parlamaların en azından bir kısmı magnetarlardan geliyor.

Radyo dalgaları görünmez; burada yeşil çizildi, yaklaşık otuz kat yavaşlatıldı.

Sönüp gidiş

Magnetarlar gençtir: alanları yaklaşık 10.000 yılda aşınır. Sonra patlamalar durur ve yıldız sakin bir nötron yıldızı olarak yaşamını sürdürür.

Bilinen yaklaşık 30 magnetar var; hepsi Samanyolu'nda ya da eşlikçisi Büyük Macellan Bulutu'nda. Genç yıldız kümelerinin ve süpernova kalıntılarının yakınında bulunurlar ve çok azı birkaç bin yıldan yaşlıdır. Biri, 16.000 ışık yılı uzaktaki Westerlund 1 kümesinde, Güneş'in kütlesinin yaklaşık 40 katı bir yıldızdan doğdu.

Alanı zayıflayıp bükülmelerini dışarı saldıkça yıldızı ısıtır ve patlamaları besler. Yaklaşık on bin yıl sonra kabuğu çatlatacak kadar alan kalmaz. Magnetar yavaşlar, soğur ve galaksimizi doldurduğu düşünülen yüz milyonlarca sakin nötron yıldızından birine dönüşerek söner.

Bu hikâyedeki nesneler

Nötron yıldızı