Astro’ya Sorun: Bazı astrofiziksel nesneler saniyede yüzlerce kez nasıl dönüyor?

Yalnızca kara delikler ve nötron yıldızları bu kadar hızlı dönebilir – genellikle yakındaki bir yoldaştan malzeme toplayarak.

Bazı yıldız cisimleri saniyede yüzlerce kez döner. Bu fenomeni hangi mekanizma yaratır ve uzun süreler boyunca nasıl bu kadar hassas bir şekilde korunur?

Steve Werich
Portland, Oregon

Sorunuzun ilk kısmı – yıldız cisimleri milisaniyelik dönme periyotlarına nasıl ulaşır – iki kavram içerir. Birincisi, nesnenin küçük olması gerekir, çünkü hiçbir madde ışık hızından daha hızlı hareket edemez. Hızla dönen bir nesnenin ekvatorunda bir nokta düşünün. Bir milisaniyede, bir kez veya yarıçapın yaklaşık 6,3 katı kadar hareket eder. Bu noktanın düşük hızda hareket etmesi için yarıçapın 30 milden (48 kilometre) az olması gerekir.

İkincisi, nesne yoğun olmalı ve güçlü bir yüzey çekimine sahip olmalıdır, çünkü yerçekimi genellikle astrofiziksel nesneleri birbirine bağlar. Güçlü ekvatoral yerçekimi olmadan, nesne çok hızlı dönüyorsa uçup giderdi. Yıldız kütleli nesneler arasında yalnızca nötron yıldızları ve kara delikler bu gereksinimleri karşılayabilir. Bir nötron yıldızı veya kara delikten daha az kütleli olan beyaz cüceler arasında en hızlı dönüş süresi yaklaşık bir saniyedir. Varsayılan diğer nesneler (kuark yıldızları gibi) bu sınırlamaları karşılayabilir, ancak onların varlığına dair çok az kanıt vardır.

Astrofiziksel nesneler nasıl bu kadar hızlı dönmeye başlar? Kağıt üzerinde, yavaşça dönen bir yıldızın bir nötron yıldızına veya kara deliğe dönüşmesiyle gerçekleşebilir; Dönme hızları, açısal momentumun korunumu nedeniyle hızlanır, tıpkı bir buz patencisinin daha hızlı dönmek için dönerken kollarını çekmesi gibi. Ancak pratikte, milisaniye aralıklarına ulaşmak için genellikle fazladan malzeme biriktirilmesi gerekiyor gibi görünüyor. Bir nötron yıldızının veya kara deliğin yörüngesinde dönen, maddeyi bir birikim diski aracılığıyla taşıyan bir yıldız hayal edin. Disk malzemesi, nötron yıldızına/kara deliğe doğru giderken gittikçe daha hızlı dönüyor. Madde ikinci kısma düşerken, açısal momentumunu nötron yıldızına/kara deliğe ekleyerek onu yukarı doğru döndürür. Güneş’in kütlesinin yaklaşık onda birini eklemek, nötron yıldızının milisaniye periyotlarına sahip olmasına neden olabilir.

Son olarak, rotasyon nasıl sağlanır? Artık temelde sürtünmesiz bir yatak (uzayın vakumu) üzerinde bir volanımız (dönen nötron yıldızı/kara delik) var. Bununla birlikte, milisaniyelik pulsarlar (nötron yıldızları), görece zayıf bir manyetik alan yoluyla evrenle iletişim kurarak, gördüğümüz ateş benzeri pulsar emisyonunu üretir. Manyetik alan, pulsarın dönüşünü oldukça öngörülebilir bir şekilde yavaşlatan az miktarda “sürtünme” yaratır. En iyi ihtimalle, on yıl önce nabzın varış zamanındaki değişiklik, bir mikrosaniyeden daha az bir doğrulukla tahmin edilebilir. Bu kesinlik, atarcaların yörünge ölçümlerinden çok uzun dalga boylu yerçekimi dalgalarının araştırılmasına kadar her türlü hassas deneyi mümkün kılar.

Roger W. Roman
Profesör, Fizik Bölümü / Kavli Astrofizik, Parçacıklar ve Kozmoloji Enstitüsü, Stanford Üniversitesi, Stanford, CA