Pulsar

Ölü bir yıldız nasıl kozmik bir deniz fenerine dönüşür

Adım adım

Şehir büyüklüğünde bir yıldız

Kütlesi sekiz Güneş'ten fazla olan bir yıldız öldüğünde çekirdeği çöküp bir nötron yıldızına dönüşür: Güneş'in yaklaşık 1,4 katı kütle, yaklaşık 22 km çapında bir topa sığar.

Büyük bir yıldız, çekirdeğinde hafif atomları daha ağır atomlarla kaynaştırarak parlar. Çekirdek demire dönüştüğünde bu ateş söner, çünkü demiri kaynaştırmak enerji vermez. Onu ayakta tutacak hiçbir şey kalmayınca, aşağı yukarı Dünya büyüklüğündeki çekirdek bir saniyeden kısa sürede kendi üzerine çöker.

Ezilme o kadar büyüktür ki elektronlar protonların içine bastırılır ve onları nötrona dönüştürür. Çöküş ancak nötronlar bir atom çekirdeğindeki kadar sıkı paketlendiğinde durur. Yıldızın geri kalanı bir süpernovayla uzaya savrulur ve geride nötron yıldızı kalır.

Kara delikler dışında bilinen hiçbir şey bundan yoğun değildir: Nötron yıldızından bir küp şeker, Dünya'daki bütün insanların toplamı kadar gelirdi. Kütleçekimi ışığı büker. Çevresindeki gerilmiş yıldızlardan oluşan halka, onun çekimiyle bükülen yıldız ışığıdır ve yüzeyinin yaklaşık beşte dördü aynı anda görülür.

Dönen bir mıknatıs

Çöküş onu hızla döndürdü ve manyetik alanını Dünya'nınkinin trilyonlarca katına sıkıştırdı. Manyetik kutupları, etrafında döndüğü eksene göre eğiktir.

Kollarını kendine çekip daha hızlı dönen bir buz patencisini düşünün. Ölen yıldızın çekirdeği yavaş dönüyordu, ama Dünya büyüklüğünden bir şehir büyüklüğüne küçülünce yüz binlerce kat hızlı dönmeye başladı. Yeni doğmuş nötron yıldızları saniyede birçok kez dönebilir.

Sıkışma, yıldızın manyetik alanını da çok daha küçük bir alana topladı ve onu muazzam ölçüde güçlendirdi. Magnetar denen birkaç nötron yıldızı bundan da bin kat güçlüdür: bilinen en güçlü mıknatıslar.

Dünya'da olduğu gibi, manyetik kutuplar dönme ekseninin çıktığı yerde değildir. Beyaz kesikli çizgi yıldızın etrafında döndüğü eksen, mor olan ise ona göre eğik duran manyetik eksenidir. Yıldızı bir deniz fenerine dönüştürecek olan işte bu eğikliktir.

İki huzme

Manyetik kutupların üzerinde, yüzeyden koparılan parçacıklar alan boyunca dışarı fırlar ve iki dar radyo dalgası huzmesi yayar. Radyo görünmez, bu yüzden burada yeşil çizilmiştir.

Dönen bir mıknatıs elektrik üretir: Santrallerdeki jeneratörler böyle çalışır. Nötron yıldızı devasa bir jeneratördür. Dönüşü trilyonlarca voltluk gerilimler yaratır; bu, yüzeyinden elektronları ve başka yüklü parçacıkları koparmaya yeter.

Yüklü parçacıklar yalnızca manyetik alan çizgileri boyunca hareket edebilir, tıpkı bir teldeki boncuklar gibi. Her manyetik kutbun üstünde çizgiler uzaya açılır ve orada parçacıklar neredeyse ışık hızıyla dışarı fırlatılır. Yolda dar bir koni içinde radyo dalgaları yayarlar: huzme. Bunu tam olarak nasıl yaptıkları, bilim insanlarının hâlâ çözmeye çalıştığı bir bilmecedir.

Huzmelerin enerjisi yıldızın dönüşünden gelir, bu yüzden her pulsar milyonlarca yıl içinde yavaş yavaş yavaşlar. Yengeç ve Vela pulsarları gibi bazıları görünür ışıkta, X ışınlarında ve gama ışınlarında da yanıp söner.

Kozmik bir deniz feneri

Yıldız döndükçe huzmeleri bir deniz feneri gibi gökyüzünü tarar. Biri Dünya'nın üzerinden her geçtiğinde radyo teleskopları bir atım yakalar.

Huzmeler manyetik kutuplara bağlıdır ve kutuplar eğiktir; bu yüzden yıldız döndükçe her huzme gökyüzünde bir daire çizer. Yıldız yanıp sönmez: Bir deniz fenerinin lambası gibi hep parlar ve biz yalnızca bir huzme bize dönükken bir parıltı görürüz.

Altın rengi ok Dünya'nın yönünü gösterir. Metnin üstündeki yeşil çizgi, Dünya'daki bir radyo teleskobunun kaydettiği radyo sinyalidir: Huzmeler başka yöne bakarken düz, biri üzerimizden her geçişinde bir tepe.

Çoğu pulsarın huzmesi Dünya'yı hiç kesmez, bu yüzden onları hiç göremeyiz. Buna rağmen 4.000'den fazla pulsar bulundu; neredeyse hepsi kendi gökadamızda.

Gerçek hızı

Yavaşlatılmışken her turu izleyebilirsiniz. Vela pulsarı gerçekte saniyede 11 kez, bilinen en hızlı pulsar ise 716 kez döner. Görmek ve duymak için bir pulsar seçin.

Şimdiye dek dönüş, takip edebilmeniz için yavaşlatılmıştı. Üstteki düğme ağır çekimle gerçek hız arasında geçiş yapar; yanındaki listede ise ilk bulunandan, her 1,34 saniyede bir dönenden, bilinen en hızlısına kadar dört gerçek pulsar var.

En hızlısı PSR J1748−2446ad saniyede 716 kez döner: Ekvatoru ışık hızının yaklaşık beşte biriyle döner. Bu kadar hızlı pulsarlar yeniden hızlandırılmış yaşlı pulsarlardır. Bir eş yıldız üzerlerine gaz dökerek onları giderek daha hızlı döndürmüştür, tıpkı bir atlıkarıncayı iten bir el gibi.

Ses açıkken farkı duyabilirsiniz. Yavaş pulsarlar davul gibi vurur, hızlılar vızıldar, saniyede yüzlerce atımda ise vuruşlar kaynaşıp bir müzik notasına dönüşür.

Işık silindiri

Manyetik alan yıldıza demirlidir ve onunla birlikte döner, tıpkı bir tekerleğin telleri gibi. Bir tel boyunca ne kadar dışarıdaysa o kadar hızlı hareket eder; bir atlıkarıncanın kenarının ortasından hızlı gitmesi gibi.

Silindirin içinde alan çizgileri yıldıza geri döner ve üzerlerindeki parçacıklar onunla birlikte döner. Daha öteye uzanacak çizgiler kapanamaz: Açılıp sarmal biçiminde uzaklaşırlar ve neredeyse ışık hızında bir parçacık rüzgârı taşırlar. Yengeç pulsarının çevresinde bu rüzgâr, yaklaşık 11 ışık yılı genişliğindeki Yengeç Bulutsusu'nun tamamını aydınlatır.

Gökyüzündeki saatler

Jocelyn Bell Burnell ilk pulsarı 1967'de buldu. Pulsarlar zamanı öyle düzenli tutar ki Pioneer ve Voyager sondalarındaki 14 pulsarlık bir harita Güneş'imizin yerini gösterir.

1967'de Cambridge'de öğrenci olan Jocelyn Bell Burnell, kurulmasına yardım ettiği bir radyo teleskobunun kâğıt kayıtlarında küçük bir “karalama” fark etti: 1,34 saniye arayla, bir saat kadar düzenli atımlar. Ekip yarı şaka kaynağa “little green men” (küçük yeşil adamlar) için LGM-1 dedi; ta ki başkaları bulunup bunların dönen nötron yıldızları olduğu anlaşılana dek.

Keşif için verilen 1974 Nobel Ödülü danışmanı Antony Hewish'e gitti, ona değil. 2018'de 3 milyon dolarlık bir Breakthrough Ödülü kazandı ve fizikte az temsil edilen gruplardan öğrencilere yardım için tamamını bağışladı.

En hızlı pulsarlar zamanı neredeyse atom saatleri kadar iyi tutar. Birinin zamanlaması, 1992'de başka bir yıldızın çevresinde bulunan ilk gezegenleri ortaya çıkardı. Ve 68 pulsarı 15 yıl boyunca zamanlayan gökbilimciler, 2023'te gökadamızdan geçen kütleçekim dalgalarının, uzayın kendisindeki dalgalanmaların izlerini buldu.

Pioneer plakalarındaki ve Voyager plaklarındaki harita, Güneş'ten görüldüğü haliyle 14 pulsarın yönünü, uzaklığını ve ritmini gösterir. Pulsarlar düzenli olarak yavaşladığından, onu bulan biri sondaların yalnızca nereden geldiğini değil, aşağı yukarı ne zaman yola çıktığını da çıkarabilir.