Kara delik yıldızlarla çarpıştığında ne oluyor?

İlk kez, neredeyse eşit derecede gizemli iki nesnenin bir kara delik ve bir nötron yıldızı birleşmesinden kaynaklanan zayıf bir sinyal Dünya’da kaydedildi .

5 Ocak 2020’de, dünyanın COVID-19 salgınını ilk öğrendiği sırada, bu birleşmeden kaynaklanan yerçekimi dalgaları, Louisiana, ABD’deki Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi’nin (Ligo ) Livingston dedektörüne ulaştı .

15 Ocak’ta, bir kara delik ile evrenin en yoğun yıldızları olan bir nötron yıldızının birleşmesinden kaynaklanan ikinci yerçekimi dalgası olayı keşfedildi.

Bu iki kayıt, bir kara delik ile bir nötron yıldızı arasında Dünya’da tespit edilen ilk birleşmedir. Bir kara deliğin ve bir nötron yıldızının birbirinin yörüngesinde döndüğü kara delik-nötron yıldızı ikili sistemleri tahmin edilmişti ama şimdiye kadar hiç gözlemlenmemişti.

Yerçekimi dalgaları, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından tahmin edilen uzay-zamandaki çarpıtmalardır.

Bir yerçekimi dalgası gözlemevinde , asılı iki ayna arasındaki mesafe bir lazerle ölçülür. Ölçüm tekniği, deney içinde yansıyan lazer ışığının örtüşmesine dayanır. İki ışık dalgası, sinyaller birbirini tam olarak iptal edecek şekilde düzenlenmiştir. Aynalar arasındaki mesafeyi dalga boyunun çok küçük bir kısmı bile değiştirmek, ölçülebilir bir ışık sinyali üretir.

Görelilik teorisinin arkasındaki temel fikir, uzayın kendisinin, herhangi bir maddenin yokluğunda bile bir tür esnek yapıya sahip olmasıdır. Şişirilmiş bir balona benzer şekilde, onu tek yöne sıkabilirsiniz ve dikey yönde genişler.

Görelilik, maddenin uzayı (ve zamanı) büktüğünü ve bir kara delik ile bir nötron yıldızı gibi iki kompakt nesne arasındaki bir çarpışmanın, nesnelerin yakınındaki uzayın sıkışmasını ve gevşemesini hızla değiştirdiğini tahmin eder. Periyodik sıkıştırma ve genişleme dalgaları yayılır. Bu dalgaları ölçmenin yolu, aksi halde sabit olan iki nesne arasındaki mesafeyi izlemektir, çünkü yerçekimi dalgası, geçerken bu nesneler arasındaki boşluğun kapsamını periyodik olarak değiştirecektir.

Nötron yıldızlarının ve karadeliklerin kütleleri, yerçekimi dalgaları aracılığıyla görülüyor. LIGO-Virgo / Frank Elavsky, Aaron Geller / Northwestern 

2015 yılında tespit edilen ve 2017 yılında üç fizikçiye Nobel ödülü verilen ilk yerçekimi dalgası olayı sırasında, LIGO gözlemevinin 4 km (2,5 mil) aralıklı iki istasyonundaki aynalar arasındaki mesafeler yaklaşık bir oranında değişti. Milimetrenin trilyonda birinin binde biri.

2015 yılında tespit edilen birleşme, her biri Güneş kütlesinin yaklaşık 30 katı olan nispeten büyük iki kara delik arasındaydı. O zamandan beri, cihazın hassasiyeti geliştirildi. Artık İtalya’da Başak deneyi adı verilen daha küçük, daha az hassas, yerçekimi dalgası gözlemevi de teleskop ağının bir parçası olarak sıklıkla kullanılmaktadır.

Yeni keşiflerde, birleşen nesnelerin her birinin kütlesi Güneş’in on katından daha azdı. 5 Ocak’taki olay, kütleleri Güneş’in kütlesinin 8,9 ve 1,9 katı olan cisimleri içeriyordu ve 15 Ocak’taki birleşme, Güneş’in kütlesinin 5,7 ve 1,5 katı olan cisimler arasındaydı.

nötron yıldızları

Daha küçük kütlelerin Güneş’in kütlesinin 2,2 katının altında olması önemlidir, çünkü bu, bu nesnelerin nötron yıldızları olduğunu gösterir. Nötron yıldızları o kadar yoğundur ki, güneş sistemiyle karşılaştırılabilir miktarda madde, yaklaşık 20 km’lik bir çapa sıkıştırılır.

Bir nötron yıldızındaki madde o kadar yoğundur ki atomlar ezilerek nötronların oluşumuna neden olur. Yüzeylerindeki güçlü yerçekimi, onları genel göreliliğin etkilerini araştırmak için kendi başlarına ilginç laboratuvarlar haline getiriyor.

Bir nötron yıldızı daha da büyük hale geldiğinde, örneğin üzerine bir yıldızlararası gaz düştüğünde, nükleer kuvvetler artık yerçekimine karşı koyamaz ve yıldız bir kara deliğe çöker, o kadar kompakt bir nesne ki ışık bile çekim kuvvetine karşı koyamaz.

Samanyolu’nda nötron yıldızları ve kara delikler o kadar da nadir değildir. Bunlar, Güneş’ten önemli ölçüde daha büyük kütleli yıldızların evriminin ortak bir sonucudur. Bu tür büyük kütleli yıldızlar genellikle birbirinin yörüngesinde dönen iki yıldızla ikili sistemlerde meydana gelir.

Nötron yıldızları ve karadeliklerin yerçekimi dansında kilitli oldukları ikili sistemlerde bulunması şaşırtıcı değil. Bu tür ikili dosyalar, yaşamları boyunca yerçekimi dalgaları yayarlar.

ikili sistemler

Yerçekimi dalgalarının enerjisi, nesnelerin birbiri etrafındaki hareketinden gelir. Sistem yerçekimi dalgaları yayar, nesneler birbirine yaklaşır. Bu, yerçekimi dalgası emisyonunun artmasına neden olur ve son olarak, ikisi bir yerçekimi dalgası emisyonu patlamasıyla yeni, daha büyük bir kara delikte birleşir. Bu, Dünya’da tespit edilebilen şeydir.

Nötron yıldızı-karadelik sistemlerinin var olması beklenirken, onları daha önce hiç fark etmemiştik. Nötron yıldızları, artık rutin olarak tespit edilebilen radyo ve X-ışını emisyonları yayar. Yerçekimi dalgalarını aramanın dışında, kara delikler yalnızca üzerlerine bir şey düştüğünde gözlemlenebilir. Örneğin bir yıldız veya yıldızlararası gaz.

Bir kara deliğin normal bir yıldız arkadaşı varsa, kara deliğin içinde kaybolmadan önce X-ışınları yayan yoldaştan kütle yakalayabilir. İkili karadeliklerin bariz bir gaz kaynağı yoktur ve sadece kütleçekimsel dalga deneylerinden bilinirler. Prensipte radyo teleskoplarıyla bir nötron yıldızı-kara delik sistemi keşfedilebilir, ancak şimdiye kadar arama başarılı olmadı. Bu yeni keşif, bu tür sistemlerin astrofiziği hakkında önemli bilgiler sağlıyor.

Nötron yıldızlarının ve kara deliklerin içinde ne olduğuna dair anlayışımızı geliştirmeye yardımcı olacak ve büyük olasılıkla görelilik teorisinin yeni testleri veya kanıtlarını sağlayacak daha fazla keşif yapılacaktır.

Buna benzer daha fazla yazı ve içerik için tıklayın.