Uzayın En İlginç Gök Cismi :
’ Doç. Dr. Osman DEMİRCAN .
SS433 m 4C04.ee m 4U1908—05; Bunlar Kartal takım yüdızında\ gözle görünmeyen çok sönük; fakat şu anda başkaca benzeri bulunmayan çok ilginç bir yıldızın farklı kataloglardaki kod numaralandır. Bu yazıda, daha çok SS433 olarak bilinen uzayın bu en ilginç yıldızının kiıtıliğini ve keşif öyküsünü bulacaksınız•
Yu kardaki kod numaralarıyla belirlenen ilginç yıldız, bizden tam 13.000 ışık yılı uzakta ve gözle görünen en sönük yıldızlardan da en az 1.000 kat daha sönük bir yıldızdır. Yani gökyüzüne baktığımızda bu»yıldızı göremeyiz. Ancak teleskoplarla baktığımızda, hem görünür, hem radyo hem de X-ışınımı yaydığını görüyoruz. Yukandaki üç kod numarası da bu yıldızın sırasıyla, görünür, radyo ve x-ışın kaynakları kataloglarındaki yerini belirlemektedir. İlk kod numarası as-lında B. Stephenson ve N. Sanduleak tarafından hazırlanan, tayflarında salma çizgileri bulunan yıldızlar katalogundan alınmıştır. Yıldız daha çok bu kod numarasıyla tanınmaktadır; SS433.
SS433; birisi güneş benzeri bir yıldız, diğeri ise bir nötron yıldızı olan ikili bir yıldız sisteminden oluşur. İki yıldız kütle merkezi etrafında 13 günlük bir dönemle dolanırlar. Nötron yıldızının yarı çapı 10 Krnden daha fazla değildir. Güneş kütlesini (~ 2 x I033 gr.) 10 Km yarı çaplı kürenin hacmine bölerseniz, akıl almaz bir yoğunluk (~ I015 r/cm3) bulursunuz. SS433’te, yoldaş yıldızdan nötron yıldızı üzerine madde akmaktadır. Akan madde, nötron yıldızı-nın hacmi diğer yıldızlara göre çok küçük olduğundan, doğrudan doğruya onun üzerine düşemeyip nötron yıldızı etrafına dev bir hortum gibi sarılarak yoğun bir disk oluşturur. Diskin iç kısmında nötron yıldızı üzerine akan madde o kadar hızlanır ki, nötron yıldızı yüzeyine çarptığında kinetik enerjisini x-ışmını olarak yayar. Bu nedenle SS433’ü bir x-ışın kaynağı olarak gözlüyoruz.
SS433’ü son yıllarda en önemli, en ilginç ve üzerinde en çok çalışılan yıldızlardan biri yapan şey yukardaki özellikleri değildir. Bu özellikleri taşıyan çok sayıda yıldız vardır. Onun başka yıldızlarda gözlenemeyen şaşırtıcı özelliği, nötron yıldızından disk düzlemine dik doğrultularda ve zıt yönlerde saniyede tanı 78.000 Krrflik bir hızla sürekli madde fışkırmasıdır. Şimdiye kadar başka hiçbir yıldızda gözlenmemiş olan bu oFaym fiziği henüz anlaşılmış değildir. Ayrıca nötron yıldızından, zıt yönlerde; fakat aynı doğrultuda, ışık hızının % 26’sı gibi çok yüksek bir hızla sürekli fırlatılan mad-
denin 164 günlük bir dönemli, tepe açısı 40° olan, bir koni oluşturması olayı daha da ilginç hale getirmektedir.
SS433 ilk kez 1975’te L. Krumenakerln yayınladığı bir listede yer aldı. O zaman SS433’ün, tayfında salma çizgileri görünmesi hariç hiçbir özelliği bilinmiyordu ve ilk yayında koordinatları da yanlış yayınlanmıştı. Aynı yıldız yine 1975’te Cambridge Üniversitesi’nde yayınlanan radyo ışınımı yayan gök cisimleri katalogunda 4C04.66 kod numarasıyla yer aldı. Diğer birçok parlak radyo kaynakları, galaksiler ya da ku-asarlar olduğu halde, 4C04.66 kaynağının ne olduğu bilinmiyordu. Radyo gözlemlerinin konum duyarlığı çok zayıf olduğu için kaynağın koordinatları doğru saptanamadı. O zaman güçlü radyo yayınının 14. kadirden bir yıldız tarafından yapıldığı bilinseydi çalışmalar hemen bu yıldız üzerine yo-ğunlaşırdı; çünkü diğer parlak radyo kaynaklarının yıldız değil, fakat galaksi ya da kuasar gibi uzak dev cisimler olduğu gözlenmişti. Ayrıca SS433 bölgesinde iki dolunay büyüklüğündeki W50 olarak bilinen bölgeden yaygın bir radyo ışınımı alınıyordu. Birçok astronom bu yayının eskijbirsüperno-va artığından geldiğine inanıyordu. Bölgenin genişliği ve yayının şiddetine bakılırsa, süpemovanm 10.000 yıl kadar ön-
SS43J v yL y{-
dm menine Kâim
disk otuştvrur ^öi m* yiIdmmM” Ğmkmine dsk doğruliMkrm :)e :*>niyede 78,000 km’ilk fışkırmaktadır (Altta görülen şekli),
-« 1 ^7/ / FIŞKIRAN / // MADDE (JET)
NÖTRON
^ —-YILDIZI
normal f! DİSK
Ylt-Oiz
(JET)
37
* ODTÜ Fizik Bölümü
KASIM 1985
C€ patlamış olması gerekiyordu. 1975’te D.H. Clark ve arkadaşlarının daha duyarlı bir taramasıyla, W50’nin merkezinde daha parlak bir kaynağın varlığı keşfedildi. O zaman süpemova patlamalarının sonunda bir nötron yıldızı ya da kara delik kalacağı kesin olarak bilinmediği için , W50’nin merkezindeki cismin de bir nötron yıldızı ya da kara delik olabileceği düşünülemedi.
Diğer taraftan 1970’li yılların başlarında SS433 bölgesinden x-ışmımı yayıldığı iki ayn yapma uydu tarafından saptandı ve bu kaynağa, ilgili kataloglarda 4U1908—05 ve AI909—04 kod numaralan verildi. O zaman bu kaynağın aynı kaynak olduğu bilinmediği gibi, W50’nin merkezindeki güçlü radyo kaynağının da bunlardan biri olduğu bilinmiyordu. Ancak 1976’da 4UI908—05 ile AI909—04’ün aynı kaynak olduğu ve bunun W50 kaynağı olmadığı anlaşıldı. İlk kez 1978’de W50’nin merkezindeki radyo kaynağıyla SS433’ün aynı yıldız olduğu anlaşıldı. Daha sonra o bölgedeki x-ışm kaynağının da aynı yıldız olduğu Einstein x-ışın gözlem uydusunun verileriyle kanıtlandı. Böylece tayfında salma çizgileri görülen ve sönük bir yıldız olan SS433’ün, aynı zamanda güçlü radyo ve x- ışınımı kaynağı olduğu ve aynca W50 süpemova artığıyla ilgili bulunduğu saptanmış oldu.
SS433 un tayfı detaylı incelendiğinde, en fazla 20.000 Kel-vin derece sıcaklıktaki hidrojen gazından geldiği anlaşılan 3 grup salma çizgisi görülüyordu. Bir grup çizgi laboratuvar dal-gaboyuylfruyuşum gösterirken, diğer iki grup laboratuvar dal-gaboyuna göre zıt yönlü ve büyük genlikli kaymalar gösteriyordu. Bu bakımdan çizgilerin tanınması bile oldukça zor-
SS433’yn, yıldıza yakın bir gezegende doğuşu, modele uygun olarak resmedffoıfftlr.
du. Astrofizikte tayf çizgilerinin en önemli kayma nedeni olarak kaynağın gözlemciye göre hareketi gösterilmektedir. Aynen, yaklaşan bir tren sesinin tizleşmesi, uzaklaşan bir tren sesinin de kalınlaşması gibi, hareketli bir ışık kaynağının tayf çizgileri de kaymalar gösterir. Kayma miktarı ölçülerek kaynağın uzaklaşma (ya da yaklaşma) hızı kolayca bulunur. Çoğu yıldız için bü yoldan bulunan uzaklaşma (ya da yaklaşma) hızı 100 Km/sn’nin altında çıkmaktadır. Halbuki SS433’ün tayf çizgilerindeki kaymalardan, kaynağın saniyede ~ 40.000 Km’lik bir hızla bizden uzaklaştığı sonucu çıkıyordu. Galaksimizden kurtulma hızının saniyede bir kaç yüz Km. olduğunu bildiğimize göre, SS433 cok kısa bir süre sonra galaksimizi terk etmiş olabilirdi. Fakat aynı yıldıza ilişkin başka tayf çizgilerine bakıldığında durumun böyle olmadığı görülmüştür. Hatta bazı çizgilere göre SS433, saniyede 40.000 Km’lik bir hızla bize yaklaşmaktadır. Aynı kaynak, aynı zamanda hem bizdân uzaklaşıp hem bize yaklaşamayacağına göre, tayf çizgilerinin kayması üzerinde bir yorum eksikliği vardır. Sonradan, aynı tayf çizgisindeki kayamanın da zamanla değiştiği anlaşılınca, SS433 uzun bir süne sistematik olarak gözlendi ve görüldü ki, iki grup çizgi biribirine zıt yönlü ve dönemli (P = 164 gün) kaymalar göstermektedir. Uzaklaşma hızı saniyede 50.000 Km’ye kadar ulaşırken, eşzamanlı yaklaşma hızı 30.000 Km kadardı. Kaynak, birbiriyle ilişkili zıt yönlü hareket eden iki cisim olmalıydı. Galaksimiz içinde yıldız hızlan saniyede birkaç yüz Km yi geçmediği gibi, galaksimiz dı
S5433’ün iki grup tayf çizgilerindeki zıt yönlü ve dönemli hareket eden iki kaynaktan geldiğini göstermektedir. Eğriler, gözlemlet arasına çizi ten ortalama eğrilerdir. Düşey eksen, çizgilerin Doppler kaymasına karşılık gelen ve saniyede km. olarak kaynağmyaklaşma (eksi hızlar) veuzakiaş-ma tozlarını göstermektedir,
şrnda da büyük hızlar, sadece evrenin genişlemesinden kaynaklanan uzaklaşma hızlarıdır. Yukandaki değerlerle SS433. evrende bize en hızlı yaklaşan cisim olarak ortaya çıktı. Aynı zamanda galaksi içinde bizden en hızlı uzaklaşan cismin de SS433 olduğu anlaşılıyordu. SS433’te zıt yönlü hareket eden iki cisim, çift yıldızlarda olduğu gibi kütle merkezi etrafında dolanan iki yıldız olabilirdi. Burada herhangi bir anda ortalanma hız — 12.000 Km bulunuyordu. Kütle merkezinin uzaklaşma hızı olarak düşünülen bu değer de galaksimizden kurtulma hızına göre çok büyüktü. SS433’ü oluşturan iki cismin bize yaklaşma, uzaklaşma hızları çift yıldızlarda olduğu gibi yörünge hareketinden kaynaklanıyorsa, değişim dönemini de 164 gün olarak bildiğimize göre, sistemi oluşturan toplam kütle basit bir bağıntıyla bulunabilmektedir. Bağıntı uygulandığında, SS433 *ün kütlesi en az bir milyar güneş kütlesi (yani galaksi kütlesinin % I’i) olarak bulunmaktadır ki, kuramsal olarak bu kabul edilememektedir. Çünkü kuramsal olarak en büyük yıldız kütlesi ~ 100 güneş kütlesini geçemez. Bu durumda SS433’ün tayf çizgilerinde ki kaymalar, iki cismin yörünge hareketinden kaynaklanmış olamaz. Böyle olduğunu gösteren başkaca deliller de vardır. Örneğin durağan gibi görünen tayf çizgileri kütle merkezine yakın bir bölgeden geldiğine göre, eğer SS433 bir milyar güneş kütlesine sahip olsaydı, bu büyük kütleden görecelik kuramı gereğince etkilenir ve yer değiştirirdi. O zaman neyin nesidir bu SS433?
A. Fabian ve M. Rees, gözlemlere dayanarak SS433 için yeni bir model oluşturdular. Bu otoritelere göre SS433, merkezi bir yıldız ve bu yıldızdan aynı doğrultuda, fakat zıt yönde ‘fırlatılan sıcak gaz bulutlarından oluşuyordu. Ayrıca, yıldızdan madde atım ekseninin 164 günde bir tamamlanan pre-sesyon hareketi yaptığı kabul edilerek, tayf çizgilerindeki kaymanın dönemli değişimi de açıklanabiliyordu. Bu matematiksel modele göre, zıt yönlü fırlatılan gazın uzay hızı 78.000 Km ve doğrultusu da gözlemci doğrultusuyla en az 60°, en
çok 100° oluşturacak biçimde uzayda 164 günde tamamladığı bir koni çizmektedir. Genel görecelik kuramına göre, hızlı giden bir maddeden yayılan ışınımın dalga boyu kırmızıya kayar ve bu kayma miktarı hareketli cismin hızına bağlıdır. SS433’te, saniyede 78.000 Km hızla fırlatılan gazın yaydığı ışınımın kırmızıya kayması Doppler formülüne göre 12.000 Km’ye karşı çimektedir ki; bu, önceden sözü edilen gözlemsel sabit ortalama hızdır. 78.000 Km/sn’lik hız, ışık hızının % 26’sıdır ve ilginçtir ki, bu da güneş kütleli bir nötron yıldızından kaçma hızıdır. Öyleyse, merkezi cisim bir nötron yıldızıdır. Bu yıldızdan gaz, şimdilik bilinmeyen bir mekanizmayla, zıt yönlerde, kaçma hızıyla fırlatılmaktadır. Gözlenen tayf çizgileri hidrojen gazına ait olduğundan, ftötron yıldızından fırlatılan gaz aslında nötron yıldızına ait olmamalıdır. Normal bir yıldızdan nötron yıldızı üstüne akan hidrojen gazı, nötron yıldızı üzerinden o bilmediğimiz mekanizmayla uzaya fırlatılmış olmalıdır. Nötron yıldızının yakınında olması gereken bu normal yıldız nerededir dersiniz? D. Crampton, A.P. Covvley ve j.B. Hutchings, yaptıkları detaylı bir araştırmada, durağan gibi görünen tayf çizgilerinin aslında 13 günlük dönemle değişim gösterdiğini, bu çizgilerin, varlığı önceden tahmin edilen normal yıldıza ait olduğunu ve 13 günün de çift yıldızın kütle merkezi etrafındaki dolanma dönemi olduğunu gösterdiler.
Böylece SS433’e ilişkin birçok sır çözülmüş oldu. Ancak asıl önemli sır hâlâ beklemekte ve yakın gelecekte de
w , . * ı\ –
-‘i •-
-v \\ *
SS433’ten fışkıran maddenin (jetin) geometrisi. Gözlemlere göre, nötron yıldızından bilinmeyen bir mekanizma ile fışkıran madde bir eksen etrafında salmım yaparak, 164 günde, tepe açısı 40° olan bir koni çizer ve dönme ekseni Dünya doğrultusuyla 80°’lik bir açı yapar.
^
*4 t P
KASIM 1965
39
38
BİLİM ve TEKNİK
FOTOĞRAFIN DÜŞÜNDÜRDÜKLERİ -ı
Geçen saymada yer alan fotoğraftaki (küçük resim) yapay izlenimi veren mozayikü cisimkr, çuha kelebeği isimli böceğin, içinde pupa dönemini geçirdiği yuvasıdır. Çuha kelebeği larvaları, su birikintilerinde geçirdikleri larva dönemlerinden sonra pupa halini alınca, ön bacaklarını kullanarak, ağız salgılarıyla, taş parçalan, otlar, çam yapraklan, boş midye kabuklan vb. malzemelerle bu yuvalan yaparlar. Çuha kelebeği (Phryganea striata) pupası, tüm gelişme süreci boyunca bu ilginç boru biçimli yuvasmı birlikte taşır.
Yine doğadan bir görüntü sergilediğimiz bu fotoğrafın ne olduğunu bulamazsanız, gelecek sayımızı bekleyin.
çözülebileceğe benzememektedir. Bu sır, hidrojen gazının nasıl olupta nötron yıldızından birbirine zıt yönİerde ve inanılmayacak bir hızla fırlatıldığıdır. Tek bir doğrultuda fırlatılan gazın görsel bölgede ışınım yapan kısmı on milynr Km uzunluğunda tahmin edilmiştir. Bu uzunluk, Dünya<Jüneş uzaklığının yüz katıdır. Gaz jetini oluşturan enerji ise saniyede — I039 erg tahmin edilmektedir. Bu ise güneş enerjisinin bin milyon katıdır. SS433’teki bu enerjinin kaynağını bilmiyoruz. 100 milyar kadar yıldızın yer aldığı galaksimizde SS433, yukardaki özellikleri taşıyan tek yıldız olmamalıdır. Peki SS433 benzeri diğer yıldızlar nenedeler? Belki birçok çift-yıldız böyle bir evreden geçiyor. Başka örnekler gözleyeme-diğimize göre, söz konusu evrenin süresi çok kısa olmalı. Ör-
40
neğin bu evre 10.000 yıl sürse, galaksimizde herhangi bir anda sadece tek bir nötron yıldızının böy¡/esi bir gaz jeti oluşturma olasılığı vardır. Bu da konum ve uzaklık olarak uygun yerdeyse Dünya’mızdan gözlenebileceğine göre, SS433 olayı evrende oluşan ender olaylardan biridir diyebiliriz. Yalnız ilginç bir başka şey dikkati çekmektedir. Bu da gaz jeti fışkırması olayının bazı galaksi ve kuasarlanda da görülmüş olmasıdır. Eğer bu olay aynı bilinmeyen fiziksel mekanizmayla oluşuyorsa, astrofizikçiler kendilerini oldukça şanslı saymalılar. Çünkü yakın bir laboratuvar olarak (13.000 ışık yılı ötede) SS433’te bu olay şu anda oluşmaktadır. ■
BİLİM ve TEKNİK