Nötron yıldızı

Nötron yıldızı, kütleli bir yıldızın süpernova patlamasından sonra geriye kalan, neredeyse tamamen nötronlardan oluşan aşırı yoğun çekirdeğidir. Kütlesi Güneş'inkinin yaklaşık bir buçuk katı olmasına karşın çapı yalnızca yirmi kilometre dolayındadır.

Nasıl oluşur?

Güneş'ten en az sekiz kat kütleli bir yıldız, yakıtını tükettiğinde çekirdeği demire dönüşür. Demir füzyonla enerji vermediği için çekirdek, kendi ağırlığına karşı koyamaz ve saniyenin küçük bir kesrinde çöker. Çökme sırasında protonlar ile elektronlar birleşerek nötronlara ve nötrinolara dönüşür. Çöküşü sonunda durduran şey, nötronların birbirine daha fazla sıkıştırılmasına direnen kuantum kaynaklı bir basınçtır; buna dejenere basınç denir. Dış katmanlar ise süpernova olarak uzaya savrulur.

Sonuçta ortaya çıkan cismin yoğunluğu atom çekirdeğinin yoğunluğuna yaklaşır. Bir çay kaşığı nötron yıldızı maddesi, Dünya'da milyarlarca ton ağırlığında olurdu. Yüzeyinde çekim, Dünya'dakinin yüz milyarlarca katıdır; bu yüzden en yüksek "dağ"ların bile yüksekliği milimetre mertebesindedir. Yıldız çökerken dönüş hızı artar, çünkü açısal momentum korunur; buz patencisinin kollarını kapatınca hızlanmasına benzer. Manyetik alan çizgileri de sıkışır ve alan çok büyük ölçüde güçlenir.

Nötron yıldızlarının kütlesi için bir üst sınır vardır. Bu sınırın, madde denklemine bağlı olarak yaklaşık 2 ile 2,5 Güneş kütlesi arasında olduğu tahmin edilir; bunun üzerinde çekim, nötron basıncını yener ve cisim kara delik olmaya doğru çöker. Bilinen en ağır nötron yıldızlarının kütlesi, Güneş'in yaklaşık iki katını biraz aşar.

Örnekler

Yengeç Bulutsusu'nun merkezindeki nötron yıldızı, Çinli gökbilimcilerin 1054'te kaydettiği süpernovanın kalıntısıdır ve saniyede yaklaşık otuz kez döner. Atarca (pulsar) adı verilen dönen nötron yıldızları, düzenli radyo atımlarıyla yıllarca yeni keşiflere yol açtı. Çok güçlü manyetik alana sahip olanlara magnetar denir. 17 Ağustos 2017'de iki nötron yıldızının birleşmesinden doğan kütle çekimi dalgaları ile ışık aynı olayda gözlendi; bu olay, altın ve platin gibi ağır elementlerin kökenine dair önemli ipuçları verdi.

Tarihçe

Nötronu 1932'de James Chadwick keşfetti. Bundan kısa süre sonra Walter Baade ile Fritz Zwicky, süpernovaların nötronlardan oluşan çok yoğun bir yıldız bırakabileceğini öne sürdü. Bu fikir uzun yıllar kuramsal kaldı. 1967'de Jocelyn Bell Burnell'in saptadığı düzenli radyo atımlarının dönen nötron yıldızlarından geldiği anlaşılınca varlıkları kanıtlandı.

Bugün nötron yıldızları, normalde laboratuvarda üretilemeyen yoğunlukta maddenin nasıl davrandığını sınayan doğal laboratuvarlardır. NASA'nın NICER teleskobu gibi araçlar, nötron yıldızlarının yarıçapını ölçerek bu maddenin iç yapısını anlamaya çalışıyor.

Nötron yıldızlarının iç yapısı hâlâ büyük bir bilmecedir. Yüzeyin hemen altında atom çekirdekleri bir kristal kabuk oluşturur; daha derinde çekirdekler çözülür ve nötronlar süperakışkan bir sıvı gibi davranır. En derin katmanlarda maddenin kuark çorbasına ya da başka egzotik hâllere dönüşüp dönüşmediği bilinmiyor. İşte bu yüzden yarıçap ölçümleri çok değerlidir: yarıçap ile kütle arasındaki ilişki, çekirdeğin ne kadar sert ya da yumuşak olduğunu ele verir. NICER teleskobunun atarcaların X ışını parlamalarından yaptığı ölçümler ve kütle çekimi dalgası gözlemleri bu soruya birlikte yanıt arıyor. Kısacası nötron yıldızları, kuantum fiziği ile genel göreliliğin aynı anda belirleyici olduğu nadir yerlerdir ve bu yüzden hem kuramcıların hem gözlemcilerin yakın ilgisini çeker.

İlgili terimler

• Atarca
• Süpernova
• Magnetar
• Kara delik
• Kilonova
• Kütle çekimi dalgası