Diski olmayan beyaz cüce bin yıldır şok dalgası üretiyor: enerji hesabı tutmuyor

Nükleer yakıtı tükenmiş, Dünya boyutlarına büzülmüş bir yıldız kalıntısı olan RXJ0528+2838, önünde gaz sıkıştıran bir şok dalgası taşıyor. Krystian Iłkiewicz, Simone Scaringi ve meslektaşlarının Nature Astronomy dergisinde yayımladığı çalışma, Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) Şili'deki Çok Büyük Teleskobu (VLT) ile yapılan gözlemlere dayanarak bu yapının bir yay şoku olduğunu ve en az bin yıldır var olduğunu ortaya koydu. Sorun şu ki sistemin bu kadar uzun süre güçlü bir akış üretmesini açıklayacak bilinen bir enerji kaynağı yok.

Tesadüfi bir keşif

Yapı ilk olarak Kanarya Adaları'ndaki La Palma'da bulunan Isaac Newton Teleskobu ile yapılan bir taramada fark edildi: sönük bir çift yıldızın önünde ince, kavisli bir gaz yayı. Ekip ardından VLT'nin MUSE adlı aletini aynı noktaya çevirdi. MUSE, görüntüdeki her noktanın ayrı tayfını ölçebilen bir tayfçeker; bu sayede gazın hangi elementlerden oluştuğu ve nasıl hareket ettiği haritalanabildi.

Haritada katmanlı bir yapı göründü. Hidrojenin kırmızı H-alfa ışıması en dışta, iyonlaşmış oksijenin ışıması ise kavsin uç kısmına çok daha yakın. Bu düzenli katmanlanma, yapının rastgele bir gaz bulutu değil, gerçek bir şok cephesi olduğunun en güçlü kanıtı.

Yay şoku nasıl oluşur?

Terim denizcilikten geliyor. Hızla ilerleyen bir geminin pruvasında su yığılır ve iki yana açılan bir kavis oluşturur. Uzayda da bir yıldız, yıldızlararası ortamın seyrek gazı içinde hızla ilerlediğinde ya da kendi yüzeyinden güçlü bir akış püskürttüğünde önündeki maddeyi sıkıştırır. Sıkışan gaz ısınır ve ışımaya başlar.

RXJ0528+2838, çevresindeki ortama göre saniyede yaklaşık 142 kilometre hızla hareket ediyor. Ancak hız tek başına yetmiyor; şokun ayakta kalması için yıldızdan dışarı doğru sürekli bir madde ya da enerji akışı da gerekiyor. Gaia uydusunun ölçümlerine göre sistem yaklaşık 224 parsek, yani 730 ışık yılı uzakta. Şokun burnu ile yıldız arasındaki mesafe yaklaşık 3.800 astronomi birimi.

Neden bu yıldızda beklenmiyordu?

RXJ0528+2838 tek bir yıldız değil, kataklismik değişen adı verilen bir çift. Beyaz cüce, yakınındaki eşinden sürekli madde çekiyor; ikisi birbirinin çevresini yaklaşık 80 dakikada dolanıyor. Bu tür sistemlerin çoğunda çekilen gaz önce beyaz cücenin çevresinde dönen bir disk oluşturur. Bu akresyon diskleri rüzgâr üfleyebilir ve bugüne kadar yay şoku bulunan altı akresyon yapan beyaz cücede kaynak bu disk rüzgârıydı.

RXJ0528+2838'de ise disk yok. Beyaz cücenin manyetik alanı 42-45 milyon gauss düzeyinde; bu alan eşten gelen gazı daha disk kuramadan yakalayıp doğrudan manyetik kutuplara yönlendiriyor. Bu sınıftaki sistemlere "polar" deniyor ve genellikle sessiz kabul ediliyorlar.

Ekip alternatif açıklamaları tek tek denedi. Geçmişte yaşanmış bir nova patlamasının kalıntısı olabilir miydi? Nova kabukları her yöne eşit genişler; gözlenen hız yapısı buna uymuyor. Eş yıldızın rüzgârı olabilir miydi? Bunun için gerçekçi olmayan hızlar gerekiyor. Çalışmaya göre bulgular, bu sistemde yay şoku oluşturabilecek bilinen bütün senaryoları dışarıda bırakıyor.

İki yerde açık veren hesap

Birinci sorun enerji. Modellere göre şoku ayakta tutmak için gereken sürekli güç, sistemin eşinden madde çekerek kazandığı enerjiyi belirgin biçimde aşıyor. İkinci sorun süre. Şokun boyutu ve arkasında bıraktığı iz, akışın en az bin yıldır sürdüğüne işaret ediyor. Oysa beyaz cücenin manyetik alanında depolanan enerjinin böyle bir yapıyı ancak birkaç yüzyıl besleyebileceği hesaplanıyor.

Makale açığı bir isimle değil, bir tarifle dolduruyor: daha önce fark edilmemiş, büyük olasılıkla manyetik etkinlikle bağlantılı güçlü bir enerji kaybı mekanizması. Bu henüz bir açıklama değil, açıklamanın aranacağı yerin tarifi.

• Tek örnek. Ölçüm sağlam olsa da tek bir sistemden genel bir kural çıkarmak mümkün değil.
• Bin yıl bir alt sınır. Yapının daha eski olması da mümkün; bu durumda enerji açığı daha da büyür.
• Ölçülmeyen büyüklükler. Enerji hesabı, beyaz cücenin kütlesi ve çevredeki gazın yoğunluğu gibi doğrudan ölçülmemiş değerlere dayanıyor.
• Sınanmamış fikirler. Manyetik alanın yeniden düzenlenmesi ya da cücenin geçmişte daha hızlı dönmesinden kalan bir enerji birikimi gibi öneriler henüz gözlemle denenmedi.

Bulgunun önemi tek bir yıldızla sınırlı değil. Yakın çift yıldızların zamanla nasıl birbirine sarmallandığını açıklayan modeller, bu sistemlerin açısal momentumlarını hangi hızla kaybettiğine dayanıyor ve bu hız hâlâ tam olarak ayarlanmış değil. Kataklismik değişenlerde fark edilmemiş bir enerji kaybı yolu varsa, bu modellerin de gözden geçirilmesi gerekebilir. Ekip şimdi galakside benzer yapılar taşıyan başka polar sistemleri arıyor. Aynı kavsin yıllar sonra yeniden ölçülmesi de önemli bir soruyu yanıtlayacak: yıldızda bugün hâlâ çalışan bir motor mu var, yoksa gördüğümüz şey çoktan sönmüş daha güçlü bir dönemin soğuyan izi mi?