Pulsar (Atarca) ve Beyaz Cüce'den oluşan çift yıldız sistemi Einstein'i tekrar haklı çıkardı.

Atarca ve Beyaz Cüce'den oluşan çift yıldız sistemi (Canlandırma)

Gökbilimciler Dünya üzerindeki pek çok radyo teleskobunun yanı sıra ESO'nun Çok Büyük Teleskobu'nu, bir beyaz cüce ile şimdiye kadar bilinenlerin içinde en büyük kütleye sahip nötron yıldızından oluşan sıradışı çift yıldız sistemini keşfetmek ve incelemek için kullandılar.


Bu tuhaf yeni çift yıldız, Einstein'in kütleçekim kuramı olan genel göreceliği şimdiye kadar mümkün olmamış yollarla sınamamıza imkân vermektedir. Şu ana kadar yeni gözlemler, genel göreceliğin öngörüleriyle tamamen uyumlu ve diğer bazı alternatif kuramlarla ise uyumsuzdur. Sonuçlar Science dergisinde yayınlanacaktır.

Uluslararası bir ekip, kendi etrafında saniyede 25 kere dönen ve eş yıldızı olan beyaz cücenin ise etrafında her iki buçuk saatte bir kez döndüğü ufacık ama sıradışı büyük kütleye sahip bir nötron yıldızına sahip tuhaf bir çift yıldız sistemi keşfettiler. Sistemdeki nötron yıldızı, Dünya'daki radyo teleskoplarınca algılanabilen radyo dalgaları yayan bir atarcadır. Bu sıradışı çift kendi başına bile ilginç olmakla birlikte, aynı zamanda fiziksel kuramların sınırlarını sınamak için de eşsiz bir laboratuvardır.

PSR J0348+0432 olarak adlandırılan bu atarca, bir süpernova kalıntısıdır. Güneş'ten neredeyse iki kat ağır ama sadece 20 kilometre civarında bir çapa sahiptir. Yüzeyindeki kütleçekimi, Dünya'nın yüzeyindeki kütleçekiminin 300 milyar katından daha kuvvetlidir ve merkezindeki her şeker küpü kadar hacimde bir milyar tondan fazla madde sıkışık hâlde bulunmaktadır. Atarcanın eş yıldızı olan beyaz cüce ise sadece birazcık daha az sıradışıdır: Atmosferini kaybetmiş ve yavaşça soğumasını sürdüren çok daha hafif bir yıldızın parlayan kalıntısıdır.

“Bu sistemi, beyaz cüceden gelen ışıktaki beyaz cücenin atarca çevresindeki hareketinden kaynaklanan değişimleri bulmak için ESO'nun Çok Büyük Teleskopu ile gözlüyordum,” diye konuşan Bonn'daki Max Planck Radyo Astronomi Enstitüsü'nde (MPIfR) doktora öğrencisi ve makaledeki ilk yazar John Antoniadis, “hızlı bir ilk analiz atarcanın epey ağır olduğunu fark etmemi sağladı. Atarca, Güneş'in iki katı kütleye sahip ki bu onu şimdiye kadar bildiklerimiz içinde en büyük kütleli nötron yıldızı yapıyor ve de temel fizik için mükemmel bir laboratuvar hâline getiriyor.”, diyerek sözlerini sürdürdü.

Kütleçekimini uzay-zamanda kütle ve enerji tarafından meydana getirilen eğriliklerin bir neticesi olarak açıklayan Einstein'in genel görecelik kuramı, ilk kez ortaya konulduğu neredeyse 100 yıldan beri tüm sınamalardan alnının akıyla geçti. Ancak bu kuram, son sözü söylüyor olmamalıdır ve nihayetinde “yıkılması” gereklidir [1].

Fizikçiler genel görecelikten farklı öngörülere sahip başka kütleçekim kuramları geliştirmişlerdir. Bu alternatif kuramların bazıları için öngörülen farklar ancak Güneş Sistemi'nde bulunmayan son derece güçlü kütleçekim alanlarında kendini belli edebilir. Kütleçekim bakımından PSR J0348+0432, Einstein'in büyük hassasiyetli genel görecelik sınamaları için kullanılan diğer atarcalarla kıyaslandığında bile gerçekten sıradışı bir cisimdir [2]. Böyle kuvvetli kütleçekim alanlarında cismin kütlesindeki ufak artışlar bile cisim çevresindeki uzay-zamanda büyük değişimlere sebep olur. Şimdiye kadar gökbilimciler PSR J0348+0432 gibi böyle büyük kütleli bir nötron yıldızının varlığı hâlinde ne olabileceğini bilmiyordu. Bu cisim, sınamaları yeni mecralara sürüklemek için eşsiz bir fırsat sağlamaktadır.

Araştırma ekibi, beyaz cücenin Çok Büyük Teleskop gözlemlerini radyo teleskoplarından elde edilen atarcanın yüksek zamanlama hassasiyetine sahip gözlemleriyle bir arada çalışmıştır [3]. Böyle yakın bir çift, kütleçekim dalgası yayar ve enerji kaybeder. Bu enerji kaybı yörünge periyodunun çok az da olsa değişmesine sebep olur ve bu değişimle ilgili genel görecelik ve diğer rakip kuramların öngörüleri farklıdır. 

Ekibin başka bir üyesi Paulo Freire, “bizim radyo gözlemlerimiz o kadar hassas ki daha şimdiden, tamı tamına Einstein'ın kuramının öngörüsü olan, yörünge periyodundaki yılda saniyenin 8 milyonda biri kadarlık değişimleri ölçebiliyoruz,” diye belirtmiştir.

Bu, ilgi çekici eşsiz cisimle ilgili ayrıntılı çalışmaların henüz başlangıcıdır. Gökbilimciler, bu cisimden genel göreceliği daha da hassas şekilde sınamak için yararlanmaya ileride de devam edeceklerdir.

Notlar

[1] Genel görecelik, yirminci yüzyılın diğer önemli kuramı olan kuantum mekaniğiyle tutarlı değildir. Ayrıca bu kuram, karadeliğin merkezindeki gibi bazı durumlarda, kimi niceliklerin sonsuza gitmesinin beklendiği tekillikler öngörür.

[2] İlk atarca çifti, PSR B1913+16, Joseph Hooton Taylor, Jr. ve Russell Hulse tarafından keşfedilmiş ve bu bilim insanları söz konusu keşifleri nedeniyle 1993 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü almıştır. Taylor ve Hulse, bu kayda değer sistemin özelliklerindeki değişimleri hassas bir şekilde ölçmüş ve bu değişimlerin genel görecelik kuramındaki kütleçekim ışımasından kaynaklanan enerji kaybıyla tutarlı olduğunu göstermiştir.

[3] Bu çalışmada ESO'nun Çok Büyük Teleskopu ve William Herschel optik teleskopundan elde edilen verilerin yanı sıra; Effelsberg, Arecibo ve Green Bank radyo teleskoplarının verileri de kullanılmıştır.

Daha fazla bilgi

Bu araştırma John Antoniadis ve arkadaşlarınca kaleme alınan “A Massive Pulsar in a Compact Relativistic Orbit” başlıklı bir makale olarak Science dergisinin 26 Nisan 2013 tarihli sayısında yayınlanacaktır. Araştırma ekibinde John Antoniadis (Max Plank Radyo Astronomi Enstitüsü [MPIfR], Bonn, Almanya), Paulo C. C. Freire (MPIfR), Norbert Wex (MPIfR), Thomas M. Tauris (Argelander Astronomi Enstitüsü, Bonn, Almanya; MPIfR), Ryan S. Lynch (McGill Üniversitesi, Montreal, Kanada), Marten H. van Kerkwijk (Toronto Üniversitesi, Kanada), Michael Kramer (MPIfR; Jodrell Bank Astrofizik Merkezi, Manchester Üniversitesi, İngiltere), Cees Bassa (Jodrell Bank), Vik S. Dhillon (Sheffield Üniversitesi, İngiltere), Thomas Driebe (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bonn, Almanya), Jason W. T. Hessels (ASTRON, Hollanda Radyo Astronomi Enstitüsü, Dwingeloo, Hollanda; Amsterdam Üniversitesi, Hollanda), Victoria M. Kaspi (McGill Üniversitesi), Vladislav I. Kondratiev (ASTRON; Lebedev Fizik Enstitüsü, Moskova, Rusya), Norbert Langer (Argelander Astronomi Enstitüsü), Thomas R. Marsh (Warwick Üniversitesi, İngiltere), Maura A. McLaughlin (Batı Virginia Üniversitesi), Timothy T. Pennucci (Astronomi Bölümü, Virginia Üniversitesi) Scott M. Ransom (Ulusal Radyo Astronomi Gözlemevi, Charlottesville, ABD), Ingrid H. Stairs (British Columbia Üniversitesi, Vancouver, Kanada), Joeri van Leeuwen (ASTRON; Amsterdam Üniversitesi), Joris P. W. Verbiest (MPIfR) ve David G. Whelan (Astronomi Bölümü, Virginia Üniversitesi) yer almaktadır.

Kaynak: ESO