DERS 23: NÖTRON YILDIZLARI VE PULSARLAR (ATARCALAR)

Dersin Konuları

• Süpernova
• Süpernova Artıkları
• Nötron Yıldızları
• Pulsarlar (Atarcalar)

Bazı Olağanüstü SN Sayıları

• M_v = -19 parlaklığındaki bir süpernova için,
• Bizden 0.25 pc (0.8 Iy) uzaklıkta iken Güneşimiz kadar parlak görülecektir.
• Bizden 160 pc (520 Iy) uzaklıkta iken Ay'ın dolunay evresindeki kadar parlak görülecektir.

SN'lar Ne Kadar Sıklıkta Meydana Gelmektedir?

• Süpernova oluşum oranı:
• ~ 1 SN / Galaksi / 50 yıl kadardır.
• Fakat galaksimizde 390 yıldır bir süpernova patlaması meydana gelmemiştir!

SN1987A

• 1987 yılında Büyük Magellan Bulutunda (50 kpc uzaklıkta) bir süpernova patlamıştır.
• Yaklaşık 400 yıldır gözlenen en yakın SN'dır.
• Sadece %1 enerjisinin 1/10'u görünür bölgede yayınlanmıştır.
• İlk saniyelerde 10⁴⁶W enerjili nötrinolar salınmıştır ki bu değer gözleyebildiğimiz galaksilerdeki bütün yıldızların gücünden daha büyük olduğu hesaplanmıştır!

SN'lardan Kaydedilen Nötrinolar!

• SN1987A tarafından yaklaşık 10⁵⁸ nötrinonun salındığı hesaplanmıştır.
• Yaklaşık 5x10¹⁴ kadarı Yer yüzündeki her metre kare alanın içinden geçmiştir.
• 13 saniyelik bir zaman içerisinde Japonlar 11 adet nötrino olayı ve Amerikalılar 8 adet nötrino olayı gözleyebilmişlerdir.

Süpernova Artıkları (SNR: Supernovae Remnants)

• Patlama ile geriye artık madde atılır.
• Başlangıçta çok hızlı bir şekilde genişler.
• Yıldızın çevresindeki maddeyi beraberinde sürükler.
• Sinkrotron ışınımı nedeniyle Radyo bölgede çok parlak hale gelir.

Sinkrotron Işınımı

• Yüksek enerjili elektronlar SNR'ın manyetik alanı nedeniyle spiraller çizer.
• Bu sırada çok sayıda radyo frekanslarında foton yayarlar.

Nötron Yıldızı

• Son derece yoğun nötron denizinden oluşmaktadır.
• Gökyüzündeki bir dev atomik çekirdektir!!
• Kütle = 1.4 ile ~3 M_güneş arasında
• Boyut ~ 10 km
• Yoğunluk ~ 3 x 10¹⁴ g/cm³
• Yoğun manyetik alanlar ve hızlı dönme mevcuttur.

Yoğunluk Açısından Bakıldığında?

• Nötron yıldızının yoğunluğu ~ 3 x 10¹⁴ g/cm³
• Çeliğin yoğunluğu 7.7 g/cm³

1 cm küplük bir Nötron Yıldızının kütlesi 340 metre küplük bir çeliğin kütlesine karşılık gelmektedir.

Nötron Yıldızlarının Dönmesi

• Nötron yıldızları başlangıçta çok hızlı dönerler.
• Açısal momentum korunacağından!
• kütle x hız x yarıçap = sabit
• Güneşin dönme dönemi = 25 gün
• Güneşi 10 km boyutuna sıkıştırdığımızda Güneşin dönme dönemi 1 saniyeden daha kısa olacaktır!

Pulsarların Keşfi

• Jocelyn Bell - 1967
• İngilterede Jordell Bank'da Lisansüstü öğrencisi
• Gökyüzünden gelen ve pulsasyon yapan bir radyo sinyali keşfetmiştir!!
• LGMs? (Little Green Men: Küçük Yeşil Adam)
• Bu cisim bir pulsar yani bir atarca yıldızıdır.
• Anthony Hewish (danışmanı) Nobel Ödülünü kazanmıştır.

Pulsarlar Dönen Nötron Yıldızlarıdır

• Dönme dönemleri ~ 0.001 ile 10 saniye arasındadır.
• Pulsarlar normal yıldızlar olamazlar!
• Even a white dwarf would fly apart!
• T. Gold (Cornell) ve F. Pacini (Italya) pulsarlar ile nötron yıldızları arasındaki ilişkiyi bulmuşlardır.
• Manyetik Alan ~ 10¹² gauss.

The Lighthouse Theory of Pulsars

• Yoğun manyetik alan manyetik kutuplarda yüzeyde bulunan parçacıkları koparmaktadırlar.
• Bu parçacıklar göreli hızlara ulaşıncaya kadar ivmelendirildiklerinde elektronlar sinkrotron ışınımı yayarlar.
• Bu ışınım yöne çok bağımlıdır ve kutup başı bölgesinde dar bir demet olarak yoğunlaşmış fotonlardan gelirler.
• Manyetik kutup Dünyadaki gibi dönme eksenine göre aynı doğrultuya sahip değildir.
• Böylece ışınım deveti gökyüzünde belirli bir bölgeyi süpürerek hareket eder.
• Bu demet bize doğru yöneldiğinde biz bir puls gözleriz.
• Pulsarlar sürekli olarak enerji kaybettiklerinden yavaşlayacaklardır! (Pulsars slow down because they are radiating energy away!)

Pulsar Keşifleri

• Pulsarlar mükemmel birer saattirler!
• Çift Yıldız Pulsarlar (Genel Göreliliğin Test edilmesinde kullanılırlar)
• Yörüngenin yavaşlaması Genel Göreliliği konfirme eder.
• Taylor ve Hulst Nobel Ödülünü kazanmasın neden olur
• Bu çalışma Arecibo Gözlemevinde gerçekleştirilmiştir
• Tutulma gösteren bir çift yıldızın üyesi olan Pulsarın keşfi (Pulsar in an Eclipsing Binary)
• Pulsarlar etrafında Gezegenlerin keşfedilmesi!

Tutulma Gösteren Bir Pulsar

• Pulsar dönemi = 0.0016 saniye !
• Pulsarın yörünge dönemi 9.7 saat.
• Pulsar her yörüngede 50 dakikalık bir süre boyunca tutulmaktadır.
• Kütleler: Pulsar ~ 1.4 M_güneş
• Diğer Bileşen ~ 0.023 M_güneş
• Pulsar diğer bileşenini buharlaştırıyor olabilir.
• Yaklaşık bir milyar yıl sonra belkide yok olacak.

Pulsarların Çevresindeki Gezegenler

• PSR 1257+12 pulsarının radyo pulslarının çok duyarlı bir şekilde ölçülmesi sonucu bu pulsarın çevresinde küçük başka cisimlerin dolandığı bulunmuştur.
• Bu pulsar bizden ~300 pc (~980 ışıkyılı) uzaklıktadır.
• Üç adet gezegen boyutlarında cisim bulunduğu belirlenmiştir!

• PSR 1620-26 pulsarının çevresinde dolanan en az bir tane gezegen bulunduğu keşfedilmiştir. Bu pulsarın bize olan uzaklığı 3.8 kpc (12400 ışıkyılı) dır.

Diğer Tip Pulsarlar

• Kara Dul -
• Bileşenini yutan Pulsar
• X-ışın Çiftleri
• Bileşeninden NS üzerine kütle düşmesi sonucu X-ışın yayılmaktadır.