Çeviren: Ümit Sözbilir Düzenleyen: İbrahim Öksüz
Özet: Kuramsal hesaplamaların ve astronomik gözlemlerden elde edilen bilgilerin bir birleşimi, büyük nötron yıldızlarının serbest kuarklarla dolu çekirdekler içerebileceğini gösteriyor.
Nötron yıldızlarının içine dalsaydık ne bulabileceğimizi düşünürsünüz? Nötronlar! Ancak bu kadar basit değil. Dalış ne kadar derin olursa içteki mekân o kadar bulanık ve yoğun olur. Bu kozmik nesnelerin merkezini neyin oluşturabileceği hususunda kuram yetersizliği yoktur. Hipotezlerden birine göre, nötron yıldızlarının içinin nötronlarla değil serbest kuarklarla dolu olmasıdır. Bir diğer hipoteze ise “garip” tipte en az bir kuark içeren parçacıklar olan hiperonlardan oluştuğunu söyler. Başka bir hipoteze göre ise kaon yoğuşuğu denilen egzotik bir maddeden oluşmasıdır.
Nature Physics dergisinde yeni yayımlanan bir makalede, CERN’in Kuramlar bölümünden Aleksi Kurkela’nun da dahil olduğu beş kişilik bir araştırmacı grubu, büyük nötron yıldızlarının serbest kuarklarla dolu çekirdekler içerebileceğine dair kanıt sunuyor. Bu kuark maddesi, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra var olduğu düşünülen ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi Dünya’daki parçacık çarpıştırıcılarında yeniden yaratılabileceği düşünülen serbest kuarkların ve gluonların yoğun haline benzemektedir.
Araştırmacılar bu kanıtlara ulaşmak için nötron yıldızlarının astronomik gözlemlerinden elde edilen bilgileri teorik hesaplamalarla birleştirdiler. Astronomik gözlemler yıldızların iç kısımları hakkında bazı bilgiler vermelerine rağmen tam bileşenlerini ortaya çıkarmazlar.
Kuramsal hesaplamalar, bir nötron yıldızının içindeki maddenin durumunu kabuktan merkeze kadar tanımlamayı içeriyordu. Araştırmacılar hesaplamayı yapmak için maddenin bir durumunun basıncını bir sistemde veya uzayın birim hacimli bir bölgesinde sıkıştırılmış enerji miktarı olarak verilen enerji yoğunluğuyla ilişkilendiren ve durum denklemleri olarak bilinen denklemleri kullandılar.
Ekip daha sonra astronomik verilerden iki bilgiyi bu hesaplamalara ekledi: nötron yıldızlarının iki Güneş kütlesine sahip olabileceği gözlemi ve Güneş’in kütlesinden yaklaşık 1,4 kat daha fazla kütleye sahip bir nötron yıldızı için medcezirsel şekil bozukluğu adı verilen bir özelliğin olası değerleri. Medcezirsel şekil bozukluğu, ikili bir yıldız sisteminde bir yıldızda diğerinden kaynaklanan kütle çekim etkisiyle oluşan gerilmelere verilen cevabın direngenliğini tanımlar ve bu medcezirsel şekil bozukluğu daha önce iki nötron yıldızının birleşmesiyle yayılan kütle çekimi dalgalarının gözlemlerinden türetilmişti.
Bu kuram ve veri bağdaştırmalarından sonra araştırmacılar, Güneş’inkinden 1,4 kat daha fazla kütleye sahip nötron yıldızlarının çekirdeklerinin nötronlarla dolu olması gerektiğini buldular. Buna mukabil, daha kütleli yıldızlar büyük kuark-madde çekirdekleri içerebilir. Örneğin, yarıçapı yaklaşık 12 km olan 2 güneş kütleli bir nötron yıldızı, yıldız yarıçapının yarısı değere sahip yani yarıçapı yaklaşık 6,5 km olan yıldız bir kuark-madde çekirdeğine sahip olabilir (Yıldız küçüldükçe yani yarıçap azaldıkça kütlesi artıyor.).
Kurkela, “Analizimiz, nötron çekirdekli büyük yıldızların varlığını tamamen dışlamıyor ancak kuark-madde çekirdeklerinin egzotik bir alternatif olmadığını gösteriyor.” diyor ve ekliyor “Yeni nötron yıldızı verilerini analizimize dahil etmek ve bu sonucu nasıl etkileyeceklerini görmek için sabırsızlanıyoruz.”
