Bir nötron yıldızına ait VLT gözlemleri vakum hakkındaki 80 yıllık tahmini doğrulayabilir
ESO’nun Çok Büyük Telesopunu kullanarak olağanüstü yoğun ve güçlü manyetik alana sahip nötron yıldızından yayılan ışığı inceleyen gökbilimciler, ilk kez 1930’larda tahmin edilen ilginç kuantum etkisinin ilk gözlemsel belirtilerini bulmuş olabilir. Gözlenen ışığın kutuplanması nötron yıldızının etrafındaki boş uzayın vakum çift-kırılımı adlı bir kuantum etkisine maruz kaldığına işaret ediyor.
INAF Milan (İtalya) ve Zielona Gora Üniversitesi’nden (Polonya) Roberto Mignani liderliğindeki bir ekip Yeryüzü’nden yaklaşık 400 ışık-yılı uzaklıkta yer alan nötron yıldızı RX J1856.5-3754’ü gözlemek için Şili’deki Paranal Gözlemevi’nde bulunan ESO’nun Çok Büyük Teleskop’unu (VLT) kullandı [1].
En yakın nötron yıldızları arasında yer almasına rağmen, aşırı derecede sönük olması nedeniyle gökbilimciler tarafından sadece görünür ışıkta VLT üzerindeki FORS2 aygıtı kullanılarak şu anki teleskop teknolojisinin sınırlarında gözlenebilmektedir.
Nötron yıldızları yaşamlarının sonunda süpernovalar olarak patlayan büyük kütleli yıldızların — Güneş’ten en az 10 kat daha büyük — oldukça yoğun merkezi kalıntılarıdır. Aynı zamanda dış yüzeyine ve çevresine nüfuz eden Güneş’inkinden milyarlarca kez daha güçlü mayetik alanlara sahiptirler.
Bu alanlar o kadar güçlü ki yıldızın etrafındaki boş uzayın özellklerini bile etkileyebilmektedir. Normal koşullarda vakum ortamının tamamen boş olduğu ve ışığın da bu ortamdan etkillenmeden hareket ettiği düşünülürdü. Ancak ışık fotonları ile elektronlar gibi yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimi açıklayan kuantum teorisi, kuantum elektrodinamiğine (QED) göre, uzay sürekli olarak oluşan ve yok olan sanal parçacıklarla doludur. Çok güçlü manyetik alanlar uzayın yapısını değiştirebilir, bu da içinden geçen ışığı etkileyerek kutuplanmasına neden olur.
Mignani şöyle diyor: “QED’ye göre yüksek derecede manyetize olan vakum ortamı ışık iletimi esnasında bir prizma şeklinde davranıyor, bu etkiye vakum çift-kırınımı adı veriliyor.”
QED’nin öngörülerinden biri olan vakum çift-kırınımın şimdiye kadar doğrudan deneysel gösterimi yapılamamıştı. Werner Heisenberg (ünlü belirsizlik ilkesinden) ve Hans Heinrich Euler tarafından kaleme alınan bir makalede tahmin edildiğinden bu yana, 80 yıldır laboratuvar testlerinde herhangi bir başarı elde edilemedi.
“Bu etki nötron yıldızlarının çevresindekine benzer şekilde oldukça güçlü manyetik alanların varlığında tespit edilebilmektedir. Bu da tekrar göstermektedir ki, nötron yıldızları doğadaki temel yasaları araştırmak için çok değerli laboratuvarlar gibidir.” diyor Roberta Turolla (Padua Üniversitesi, İtalya).
VLT ile alınan verileri dikkatlice analiz eden Mignani ve ekibi doğrusal kutuplanma etkisini — anlamlılık seviyesi % 16 civarında — tespit ederek bunun RX J1856.5-3754 etrafındaki boş uzay alanında meydana gelen vakum çift-kırınımının hızlandırma etkisi nedeniyle olabileceğini düşünüyor.
Vincenzo Testa (INAF, Roma, İtalya) şu yorumu yapıyor: “Bu, kutuplanmanın ölçülebildiği en sönük nesne. Bu nedenle gözlemlerde bir yandan VLT gibi dünyanın en büyük ve en güçlü teleskoplarına ihtiyaç duyulurken, böyle sönük bir yıldızdan elde edilen sinyali değerlendirebilmek için verilerin analizinde oldukça hassas tekniklerin kullanılması gerekiyor.”
“VLT ile ölçtüğümüz yüksek derecedeki doğrusal kutuplanmayı QED tarafından tahmin edilen vakum çift-kırınımı etkisini kullanmadıkça kendi modellerimizle açıklayamıyoruz.” diye ekliyor Mignani.
“Bu VLT araştırması aşırı güçlü manyetik alanlarda ortaya çıkan QED etkilerinin tahminlerine yönelik ilk gözlemsel desteği sunmaktadır.” diyor Silvia Zane (UCL/MSSL, UK).
Mignani bu alanda gelişmiş teleskoplar kullanılarak ortaya çıkartılacak gelişmeler konusunda oldukça heyecanlı: “ESO’nun Avrupa Aşırı Büyük Teleskopu gibi yeni nesil teleskoplarla yapılacak kutuplanma ölçümleri QED ile öngörülen vakum çift-kırınımı etkilerini çok daha fazla nötron yıldızının etrafında test etmek için kritik bir rol oynayabilir.”
“İlk kez görünür ışıkta gerçekleştirilen bu ölçüm, benzerlerinin X-ışın dalgaboylarında da yapılabilmesinin önünü açıyor.” diye ekliyor Kinwah Wu (UCL/MSSL, BK).
Notlar
[1] Bu nesne Muhteşem Yedili olarak bilinen bir grup nötron yıldızının parçasıdır. Ayrık nötron yıldızları (INS) olarak bilinen bu türün herhangi bir yıldızsal yoldaşı olmayıp, radyo dalgaları da yaymazlar (atarcaların tersine), ve çevrelerinde kalıntı süpernova maddesi bulunmamaktadır.
[2] Uzayda ilerleyen ışığı kutuplaştıran başka süreçler de vardır. Araştırma ekibi diğer olasılıkları dikkatlice inceledi — örneğin toz tanecikleri tarafından saçılmayla oluşturulan kutuplanma — ancak bunların gözlenen kutuplanma sinyalini üretmesinin pek mümkün olmadığı sonucuna vardı.
ESO-Türkiye (Arif Solmaz, Çağ Üniversitesi – Uzay Gözlem ve Araştırma Merkezi, Mersin)
