Deniz Feneri Bulutsusu'ndaki atarcanın manyetik alanı ilk kez ölçüldü

Saniyede 16 kez dönen bir nötron yıldızı, yıldızlararası uzayda ilerlerken arkasında 37 ışık yılından uzun bir parçacık kuyruğu bırakıyor. NASA'nın IXPE gözlemevini kullanan gökbilimciler, "Deniz Feneri Bulutsusu" olarak anılan bu sistemin merkezindeki PSR J1101−6101 atarcasının çevresindeki manyetik alanları ilk kez doğrudan ölçtü. Sonuçlar The Astrophysical Journal'da yayımlandı.

Galakside "deniz feneri"

PSR J1101−6101, Karina takımyıldızı yönünde ve Dünya'dan yaklaşık 21 bin ışık yılı uzakta bulunuyor. Atarcalar, büyük kütleli yıldızların süpernova patlamalarıyla ölmesinden geriye kalan, hızla dönen ve dönerken deniz feneri gibi düzenli ışınım atımları yayan nötron yıldızları. Bu atarca saniyede 16 tur atıyor ve yüksek hızla uzayda yol alıyor.

Sistemi gökbilimciler için ilginç kılan, atarcadan uzanan dev X-ışını yapısı. Bu jet benzeri kuyruk 37 ışık yılını aşıyor ve keşfedildiği dönemde Samanyolu'nda bir cisimden görülen en uzun jet olarak kayıtlara geçmişti. Yayımlanan bileşik görüntü yaklaşık 130 ışık yılı genişliğinde bir bölgeyi kapsıyor.

Yay şoku ve kaçan parçacıklar

Atarca hızla ilerlerken önündeki yıldızlararası gazla çarpışıyor ve bir yay şoku oluşturuyor; tıpkı suda hızla giden bir teknenin pruvasında oluşan dalga gibi. Atarcanın ürettiği yüksek enerjili parçacıklar bu şokun arkasında tuzağa düşüyor ve çalkantılı bir kuyruk meydana getiriyor. Sistemde iki ayrı X-ışını uzantısı dikkat çekiyor: daha uzun olan "filaman" ve daha kısa olan "iz".

Uzun süredir yanıt bekleyen soru şuydu: Bu parçacıklar yay şokundan nasıl kaçıp yıldızlararası uzaya bu kadar uzağa yayılabiliyor? Kuramlardan biri, parçacıkların galaksinin manyetik alan çizgilerini izleyerek kaçtığını öne sürüyordu. Bunu sınamanın yolu ise manyetik alanın doğrultusunu ölçmekten geçiyordu.

IXPE ne buldu?

IXPE, X-ışınlarının kutuplanmasını, yani ışık dalgalarının hangi doğrultuda titreştiğini ölçebiliyor. Bu bilgi, ışınımı üreten bölgedeki manyetik alanın yönünü ve düzenini ortaya koyuyor. Gözlemevi Haziran 2025'te yaklaşık 18 gün boyunca kesintisiz biçimde Deniz Feneri Bulutsusu'na yöneltildi. Stanford Üniversitesi'nden Jack Dinsmore'un yönettiği çalışmada, NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'nin Eylül 2011 ile Ekim 2024 arasında yaptığı ve toplam yaklaşık 126 saati bulan 14 gözlemden de yararlanıldı.

Sonuçlar, filaman boyunca manyetik alanın parçacık akışıyla aynı doğrultuda uzandığını yüzde 99'u aşan bir güvenle doğruladı. Böylece yüksek enerjili parçacıkların yay şokundan kaçarak manyetik alan çizgileri boyunca yıldızlararası uzaya aktığı fikri gözlemsel destek kazandı.

Çalışma iki sürpriz de içeriyor. Birincisi, ölçülen kutuplanma, birçok mevcut modelin öngördüğünden daha düşük bir manyetik türbülansa işaret ediyor; yani alan beklenenden daha düzenli. İkincisi, Avustralya'daki CSIRO'nun radyo gözlemleri, bazı bölgelerde manyetik alanın X-ışını ölçümlerine dik doğrultuda uzandığını gösteriyor. Bu durum, sistemde birden fazla ve birbirinden epey farklı parçacık hızlandırma mekanizmasının iş başında olabileceğini düşündürüyor.

Çok dalga boylu bir portre

Yayımlanan görüntü, farklı gözlemevlerinin verilerini bir araya getiriyor: Chandra'nın X-ışını verisi mor, IXPE'nin verisi mavi, CSIRO'nun Avustralya Teleskop Kompakt Dizisi'nden gelen radyo verisi yeşil tonlarla gösteriliyor. Arka plandaki yıldızlar ise 2MASS kızılötesi gökyüzü taramasından alındı. Bu birleşim, aynı cismin farklı enerji düzeylerinde nasıl göründüğünü tek karede izleme olanağı sunuyor.

Neden önemli?

Galaksimizdeki kozmik ışınların önemli bir kısmının atarcalar ve çevrelerindeki rüzgâr bulutsularında hızlandırıldığı düşünülüyor. Bu parçacıkların kaynağından nasıl kaçıp galaksiye yayıldığını anlamak, Dünya'ya ulaşan yüksek enerjili parçacıkların kökenini çözmek için kritik. Deniz Feneri Bulutsusu gibi uzun kuyruklu sistemler, bu kaçış sürecini doğrudan izleyebildiğimiz ender doğal laboratuvarlar.

IXPE, Aralık 2021'de fırlatılan ve NASA ile İtalya Uzay Ajansı'nın 12 ülkeden ortaklarla yürüttüğü bir görev; yönetimi Alabama'daki NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nde. 1999'dan beri görevde olan Chandra ise yüksek çözünürlüklü X-ışını görüntüleriyle IXPE'nin kutuplanma ölçümlerini tamamlıyor.

Sırada ne var?

Radyo ve X-ışını verileri arasındaki uyumsuzluk, kuramcıları parçacık hızlandırma modellerini yeniden gözden geçirmeye yöneltecek. Benzer kuyruklu atarcaların IXPE ile incelenmesi, Deniz Feneri'nde görülen düzenin genel bir kural mı yoksa özel bir durum mu olduğunu ortaya koyacak.

Kısaca

• IXPE, PSR J1101−6101 atarcasının manyetik alanlarını ilk kez doğrudan ölçtü.
• Atarca saniyede 16 kez dönüyor, kuyruğu 37 ışık yılını aşıyor; uzaklığı yaklaşık 21 bin ışık yılı.
• Parçacıkların manyetik alan çizgileri boyunca kaçtığı yüzde 99'u aşan güvenle doğrulandı.
• Radyo ve X-ışını ölçümlerinin farklı yönler göstermesi, birden çok hızlandırma mekanizmasına işaret ediyor.