Uzay-zamandaki dalgalanmalara güç verebilecek böcek büyüklüğünde tepecikler
Yıldızlar için ölümden sonra hayat vardır. Ortalama bir yıldızda, hidrojeninin çoğu helyumla ve helyum da diğer ağır elementlerle birleştiğinde, yıldız giderek şişer ve çok miktarda maddeyi uzaya geri gönderir. Güneşimizin yaşamı da bu şekilde – bir patlama ile değil de bir inilti ile – arkasında beyaz cüce denilen çok küçük ama yoğun bir çekirdek bırakarak sona erecektir.
Bir yıldızın kütlesi kaderini belirler. Güneş’in kütlesinin sekiz katından daha büyük olan çok büyük nesneler için, çekirdekteki yakıt tükendiğinde, muazzam çekim gücü yıldızın atomlarının en büyük düşmanı haline gelir. Elektronlar, şemada görüldüğü gibi nötron üreten protonlarla zayıf bir şekilde reaksiyona girerek çekirdeğe dalarlar.
Nötron yıldızları
Çekirdeğin kütlesi Güneş’in 1.4 katıysa (Chandrasekhar sınırı olarak adlandırılır), saniyenin milyonda birinde, Mars boyutundan on ila yirmi kilometre çapında bir top haline gelene kadar küçülür (çoğunlukla nötronlardan yapılmış). Bu tür çekirdekli yıldızlara nötron yıldızları denir.
Bu süreç sırasında, dış katmanlarını süpernova dediğimiz muhteşem bir biçimde fışkırtarak yıldızda oluşan elementleri ve bu patlama anında sentezlenen demirden daha ağır elementleri fırlatır. Çekirdek üç güneş kütlesinin altındaysa, bir nötron yıldızı olarak kalır. Üç güneş kütlesinin üzerindeyse, kara delik olana kadar küçülmeye devam eder.
Nötron yıldızları sessiz, karanlık nesnelerden uzaktır. İnanılmaz derecede hızlı dönerler, uzaya parçacık ve radyasyon jetleri fırlatırlar, Dünya’dan bilim insanlarının pulsar (atarca) dediği kozmik deniz fenerleri olarak görülürler.
Bir küre
Dünya’nınkinden bir milyar kat daha güçlü olan muazzam çekim güçleri nedeniyle, bir nötron yıldızının yüzeyindeki her özellik çok küçük boyutlardadır, bu da bir nötron yıldızının mükemmel bir küreye yakın olması gerektiği anlamına gelir. Bu nesnelerin ne kadar yoğun olduğunu anlamak için bir çorba kaşığına yerleştirilmiş Everest Dağı kütlesini hayal etmek yanlış olmaz.
Genel görelilik kuramına göre, dönen bir nötron yıldızının, yüzeyinde deformasyonlar olması nedeniyle, kütle çekim dalgaları olarak bilinen, uzay-zamanda hareket eden dalgacıklar yaydığını düşünülmektedir. Artık çekim dalgaları astronomisi çağına girdiğimize göre, bilim insanları nötron yıldızlarının yüzeylerinde kusurlar mı yoksa “dağlar” mı olduğunu bulma potansiyeline sahiptirler.
Southampton Üniversitesi’nden Fabian Gittins ve Nils Andersson, nötron yıldızlarında kusurlara neden olabilecek kuvvetleri simüle etti. Bu varsayımsal dağların nasıl ortaya çıktığını ve ne kadar büyük olacağını bulmaya çalıştılar. Bilim insanları, bir nötron yıldızı kabuğunun destekleyebileceği en yüksek tepeyi, yani kabuk kırılmadan önceyi modellediler. Böyle bir bilgi, bir nötron yıldızının üreteceği çekim dalgalarının gücünün sınırlarını gösterir.
Newton: sıfır, Einstein: bir?
Gittins ve Anderson, Einstein’ın çekim kuramına göre elde ettikleri sonuçları bilim insanlarının Newton’un çekim kuramına göre kullandıkları önceki hesaplamalarla karşılaştırdı. Bu yeni çalışmada hesaplarına, yüzey kuvvetlerini ve termal basıncı da eklediler. Elde ettikleri sonuçlara göre, hızlı dönen bir nötron yıldızındaki (yaklaşık bir kilohertz) en büyük tepecikler, önceki tahminlerden yüz kat daha küçük, hatta bir milimetreden de daha küçük olmalıydı.
“Gerçekte, kuvvet, bir yoldaş yıldızdan gelen depremler ve yığılma gibi karmaşık mekanizmaları içerebilen, yıldızın oluşum tarihi ile ilgilidir. Bu nedenle, kuvveti ele almak için nötron yıldızlarının tarihini dikkate alan evrimsel hesaplamalar gerekli olacaktır. Kabuğun evriminde önemli olabilecek soğuma, donma, dönme, manyetik alanlar ve çatlama gibi fiziği hesaba katmak için bu tür hesaplamaların iddialı olması gerektiğine dikkat edilmelidir.”
Gözlenmesi zor kütle çekim dalgaları
Lazer İnterferometre Çekim Dalgası Gözlemevi (LIGO), 2015 yılında kütle çekim dalgalarını tespit etmeye başladığından beri, dönen kara deliklerin birleşmesini, iki nötron yıldızının çarpışmasını ve bir nötron yıldızını yutan bir kara deliği gözlemlediler. Tek dönen bir nötron yıldızından kaynaklanan kütle çekim dalgaları henüz gözlenemedi.
Gittins ve Anderson’a göre, nötron yıldızlarındaki dağlar ne kadar küçükse, ürettikleri kütle çekim dalgaları da o kadar küçüktür. Tespit edilememesinin nedeni bu olabilir. Ancak araştırmacılar iyimser. Çalışmalarına “Dönen nötron yıldızlarından gelen kütle çekim dalgalarını yakında ilk kez tespit edeceğimiz konusunda ufukta umut var” diye ekleme yaptılar.
Kütle çekim dalgalarının saptanmasındaki yenilikler, nötron yıldızlarının üzerindeki tepeciklerin büyüklüğüne ve varlığına ışık tutacaktır. Nötron yıldızları gibi süper kütleli kozmik nesneleri araştırmak, kuantum fiziğinin ve genel göreliliğin sınırlarını zorlamaktadır. Nötron yıldızları, kuantum çekim kuramını incelemek için kesinlikle harika bir laboratuvardır.