Gökbilimciler, şimdiye kadar görülen en büyük ve en ağır beyaz cüceyi keşfetmişler. Kor gibi yanan bu cisim, ağırlığı daha düşük olan iki beyaz cücenin birleşmesiyle oluşmuş. California Teknoloji Enstitüsü (Caltech) Kuramsal Astrofizik bölümünde doktora sonrası araştırma görevlisi ve bugün Nature bülteninde yayımlanan yeni çalışmanın baş yazarı olan Ilaria Caiazzo, söz konusu cismin Güneş’imizden daha büyük bir kütleyi hemen hemen Ay boyutundaki bir gövdeye sığdırdığını söylüyor. “Mantığa aykırı gibi görünebilir fakat boyutu daha küçük beyaz cüceler genelde daha ağır oluyor. Bunun sebebi, beyaz cücelerde nükleer yanma olmaması ve boyutlarının, kuantum mekanikleriyle düzenlenmesi. Nükleer yanma, normal yıldızları kendi kütleçekimlerine karşı koruyor.”
Keşif, Caltech’in Palomar Gözlemevi’ndeki Zwicky Geçici Tesisi’nde yapılmış. Hawaii’de bulunan iki teleskobun (Hawaii Adası Maunakea’daki W. M. Keck Gözlemevi ile Maui Haleakala’da yer alan Hawai Üniversitesi Gökbilim Enstitüsü’ne ait Pan-STARRS [Panoramik Gözlem Teleskobu ve Hızlı Cevap Sistemi]) yanısıra Palomar’daki 200 inçlik Hale Teleskobu, Avrupa Gaia uzay gözlemevi ve NASA’nın Neil Gehrels Atik Gözlemevi de ölü yıldızın tanımlanmasına yardımcı olmuş.
Beyaz cüceler, bir zamanlar Güneş’imizin kütlesinin yaklaşık sekiz katı veya daha hafif olan yıldızların çöken kalıntılarından oluşuyor. Örneğin bizim Güneş’imiz, yaklaşık 5 milyar yıl içinde kırmızı bir deve dönüştükten sonra dış katmanlarını atacak ve küçülüp, yoğun beyaz bir cüceye dönüşecek. Bütün yıldızların yaklaşık yüzde 97’si beyaz cüceye dönüşüyor.
Güneş’imiz uzayda yalnız olsa da, pek çok yıldız çiftler halinde birbirinin etrafında dönüyor. Bu yıldızlar birlikte büyüyer ve her ikisi de Güneş’in kütlesinin sekiz katından küçük olmaları durumunda beyaz cücelere dönüşüyorlar.
Yeni keşif, bu aşamadan sonra ne olabileceğine yönelik bir örnek sağlıyor. Birbirinin etrafında dönen bu beyaz cüce ikilisi, kütleçekim dalgası biçiminde enerji kaybediyor ve en sonunda birleşiyorlar. Eğer bu ölü yıldızlar yeterince ağırsa, Tip Ia süpernovası adı verilen bir patlama gerçekleştiriyorlar. Fakat belli bir kütle eşiğinin altındalarsa birleşiyor ve kendilerinden daha ağır olan yeni bir beyaz cüce oluşturuyorlar. Bu birleşme işlemi, öncüllerine göre yıldızın manyetik alanını artırıp dönüşünü hızlandırıyor.
Gökbilimciler, ZTF J1901+1458 adı verilen ve yeni keşfedilen bu küçük beyaz cücenin ikinci evrim güzergâhına girdiğini söylüyorlar; yıldızın öncülleri birleşmiş ve Güneş’imizin 1,35 katı kütleye sahip bir beyaz cüce oluşturmuş. Güneş’imizin manyetik alanından neredeyse 1 milyar kat daha yüksek olan bu beyaz cücenin olağanüstü manyetik alanı, ekseni etrafında her yedi dakikada bir devir yapıyor (EPIC 228939929 adıyla bilinen en enerji dolu beyaz cüce, her 5,3 dakikada bir dönüyor).
“Yakaladığımız bu çok ilginç cisim, patlayacak kadar ağır değildi” diyor Caiazzo. “Bir beyaz cücenin ne kadar ağır olabileceğini gerçek anlamda derinlemesine inceliyoruz.”
Üstelik Caiazzo ve çalışmaya katkıda bulunanlar, bu birleşik beyaz cücenin nötron yönünden zengin bir ölü yıldıza veya nötron yıldızına evrimleşecek kadar ağır olabileceğini düşünüyor. Bu yıldızlar, genelde Güneş’imizden çok daha ağır olan bir yıldızın süpernova halinde patlamasıyla oluşuyor.
“Her ne kadar yüksek ölçüde kuramsal olsa da, bu beyaz cücenin daha da çöküp nötron yıldızına dönüşecek kadar ağır olması muhtemel” diyor Caiazzo. “O kadar ağır ve yoğun ki, merkezindeki elektronlar atom çekirdeğindeki protonlarca tutuluyor ve nötron oluşturuyorlar. Elektronlar gelen baskı kütleçekim kuvvetine karşı koyup yıldızın bozulmamasını sağladığından, yeteri kadar büyük miktarda elektron kaybolduğunda çekirdek çöküyor.”
Eğer bu nötron yıldızı oluşum hipotezi doğruysa, başka nötron yıldızlarının önemli bir bölümü de bu yolla şekil alıyor olabilir. Yeni bulunan cismin yakın mesafesi (yaklaşık 130 ışık yılı) ve küçük yaşı (yaklaşık 100 milyon yıl civarı), galaksimizde benzer cisimlerin daha yaygın şekilde ortaya çıkıyor olabileceğini gösteriyor.
Bu beyaz cüce ilk olarak, Caiazzo’nun Caltech’te doktora sonrası araştırma görevlisi olan meslektaşı Kevin Burdge tarafından tespit edilmiş. Burdge, ZTF’nin yakaladığı tam gökyüzü görüntülerini inceliyormuş. Bu özel beyaz cüce Gaia’dan gelen verilerle birlikte analiz edildiğinde, çok ağır olduğu ve çok yüksek bir hızda döndüğü ortaya çıkmış.
“Şimdiye kadar hiç kimse, bu tür kısa zaman ölçekli gökbilimsel bir olguyu sistematik olarak araştıramamıştı. Gösterilen çabaların sonuçları dudak uçuklatıcı” diyor Burdge. Kendisi 2019 yılında, birbirinin etrafında her yedi dakikada bir dönen beyaz cüce ikilisi keşfeden araştırma takımına öncülük etmiş.
Takım daha sonra Keck Gözlemevi’nin Düşük Çözünürlüklü Görüntüleme Tayfölçeri’ni (LRIS) kullanarak, yıldızın tayfını analiz etmiş. Tam da bu noktada Caiazzo, çok güçlü bir manyetik alanın imzasını görünce afallamış ve kendisinin tabiriyle “çok özel” bir şey bulduklarını fark etmiş. Cismin yedi dakikalık dönüş hızıyla birlikte manyetik alanın kuvveti, yıldızın daha küçük boyutlu iki beyaz cücenin birleşip bir beyaz cüce haline gelmesiyle oluştuğunu gösteriyormuş.
Morötesi ışığı gözlemleyen Atik teleskobundan gelen veriler, beyaz cücenin boyut ile kütlesinin belirlenmesine yardımcı olmuş. 4.297 kilometrelik çapıyla ZTF J1901+1458, bilinen en küçük beyaz cüce unvanını kazanıyor ve her biri yaklaşık 4989 kilometre çapa sahip önceki rekor sahipleri RE J0317-853 ile WD 1832+089’yi geride bırakıyor.
Caiazzo, gelecekte ZTF ile birlikte bunun gibi daha fazla beyaz cüce bulmayı ve genel olarak, söz konusu popülasyonu bir bütün olarak incelemeyi umuyor. “Ele alınacak bir sürü soru var; galaksideki beyaz cücelerin birleşme oranının ne olduğu ve bunların, tip Ia süpernovaların miktarını açıklamaya yetip yetmeyeceği gibi. Bir manyetik alan, bu kuvvetli olaylarda nasıl ortaya çıkıyor ve beyaz cücelerdeki manyetik alan kuvvetlerinde neden böyle bir çeşitlilik var? Birleşmelerden doğan büyük bir beyaz cüce popülasyonunun bulunması, tüm bu soruları ve daha fazlasını cevaplamamıza yardımcı olacak.”
Kaynak: W. M. Keck Gözlemevi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
