İki nötron yıldızı birbirine dokunduğunda magnetar doğabilir

Tüm nötron yıldızları yoğun manyetik alanlara sahiptir. Bir nötron yıldızının tipik manyetik alanı, Dünya üzerinde yaratabileceğimiz en güçlü manyetik alanlardan yaklaşık 100.000 kat daha güçlüdür. Ancak nötron yıldızlarının yaklaşık %1’i daha da güçlü manyetik alanlara sahiptir. Magnetar olarak bilinen manyetik alanları, normal bir manyetik alandan 1000 kat daha güçlü olabilir. Bunlar, yumuşak gama ışını tekrarlayıcıları ve hızlı radyo patlamaları gibi güçlü geçici olayların olası bir nedenidir. Yeni bir çalışma magnetarların nasıl oluşabileceğine bakıyor. Bulgular şu adreste yayınlanıyor: arXiv ön baskı sunucusu.

Çalışma ikili nötron yıldızlarının birleşmelerine odaklanıyor. Genellikle iki nötron yıldızı çarpıştığında bir kara delik oluşur. Bunun nedeni, iki nötron yıldızının toplam kütlesinin, yaklaşık 2,6 güneş kütlesi olan Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV) sınırından daha büyük olmasıdır. Çoğu nötron yıldızı, Chandrasekhar sınırı yaklaşık 1,4 güneş kütlesi olan beyaz cücelerden daha büyüktür. Ancak bazı nötron yıldızlarının kütleleri daha küçüktür. Toplam kütleleri TOV sınırından azsa birleşip tek bir nötron yıldızı haline gelebilirler.

Ekip, Japon süper bilgisayarı FUGAKU’da yürütülen yüksek çözünürlüklü simülasyonları kullanarak, düşük kütleli nötron yıldızı ikili dosyalarının birleşmesini inceledi. İşleri biraz basitleştirmek için, yıldızların aynı kütlelere sahip olduğunu, ancak bunun dışında tipik nötron yıldızlarını varsaydılar. Bu yıldızların manyetik alan kuvvetlerinin, tipik nötron yıldızlarının üst aralığında olan 3 trilyon gauss civarında olduğunu varsaydılar. Simülasyonları, yıldızların çarpışmasından hemen önceki anlardan hemen sonrasına kadar sürdü.

Buldukları şey, iki yıldızın temas etmesinden sonraki milisaniyeler içinde bölgedeki nötron sıvısının Kelvin-Helmholtz kararsızlığına girdiğiydi. Bu, sıvının türbülanslı hale geldiğini söylemenin fizikteki yoludur. Muhtemelen daha önce böyle bir istikrarsızlık görmüşsünüzdür. Bir mumu yavaşça üflerseniz, fitilden düzgün bir duman akışı olur. Ancak yükseldikçe akış girdaplı ve rastgele hale gelir. Bu geçiş istikrarsızlığa ulaştığı yerdir.

Kelvin-Helmholtz istikrarsızlığının özelliği, işleri muazzam derecede karıştırabilmesidir. Simülasyonlarda bu, nötron malzemesini o kadar tam ve hızlı bir şekilde karıştırıyor ki, manyetik alan önemli ölçüde artıyor. Bu karışım malzemenin geri kalanına damlayarak manyetik alanı da beraberinde sürükler. Sonuç olarak, birleşen nötron yıldızının manyetik alanı, başlangıçtaki manyetik alanlardan 300 kat daha güçlü olabilir. Simülasyonun sınırlarının ötesinde olmasına rağmen, daha fazla türbülansın alanı daha da güçlendirmesi de mümkündür.

Simülasyonda şaşırtıcı olan şey, manyetik alanın ne kadar hızlı güçlendirildiğidir. Yaklaşık bir milisaniye içinde yıldızların arasında dalgalanıyor, bu da birleşmenin nasıl ilerleyeceği konusunda rol oynayabileceği ve ortaya çıkan nötron yıldızının yapısını etkileyebileceği anlamına geliyor. Nasıl oynandığını belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulacak. Ancak magnetarların bu gibi birleşmelerle oluşabileceği açıktır.