Şekil 1: İki nötron yıldızının birleşmesiyle oluşan yerçekimi dalgaları, bu tür birleşmelerle serbest kuarkların oluştuğunu ortaya çıkarabilir. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi/CI Laboratuvarı
Yerçekimi dalgaları, erken Evren’de var olan kuark çorbasının nötron yıldızı birleşmelerinde yaratılıp yaratılmadığını ortaya çıkarabilir.
RIKEN araştırmacıları, birleşen nötron yıldızlarından gelen yerçekimi dalgası sinyallerinin, ultra yoğun kuark-gluon maddesinin varlığını ortaya çıkarabileceğini öne sürüyor. Bu birleşmeleri simüle ederek ve ortaya çıkan yerçekimi dalgalarını analiz ederek, önümüzdeki on yıl içinde piyasaya çıkacak olan yeni nesil dedektörlerin bu teoriyi doğrulayabileceğini öne sürüyorlar.
Birleşen nötron yıldızlarından gelen yerçekimi dalgası sinyallerindeki belirgin işaretler, neyi ortaya çıkarmalıdır? RIKEN araştırmacılarının hesaplamalarına göre, bu tür birleşmeler sırasında oluşan aşırı basınçlarda maddenin meydana geldiğini tahmin ediyor.
Biraz su alıp bir pistonla sıkıştırırsanız, moleküller birbirine yaklaştıkça küçülür.
Basıncı artırmaya devam ederseniz, atomların çöktüğü ve ultra yoğun bir nötron ve proton çorbası oluşturduğu bir noktaya ulaşırsınız. Evrende bunun olduğu tek yer, yanmış yıldızların çökmüş kalıntıları olan nötron yıldızlarıdır ve akıllara durgunluk veren yoğunluklar üretir; bu türden bir çay kaşığı, birkaç yüz milyar kilo ağırlığındadır.
Ama ne olur? Basıncı daha da artırmaya devam ederseniz ne olur? Bunun cevabını astrofizikçiler bile bilmiyor.
Nötron yıldızlarının kalbindeki yoğunluk, bir atom çekirdeğininkinden üç ila beş kat daha fazladır; bir kara delik oluşmadan önce ulaşılabilecek en yüksek yoğunluktur. Bu kadar aşırı yoğunluklarda maddeye ne olduğunu kimse bilmiyor.
Bir teori, ultra yoğun nötron ve proton çorbasının, maddenin en temel yapı taşları olan kuarklar ve gluonlardan oluşan bir çorbaya ayrışacağını varsayar.{4 }
RIKEN Astrofizik Büyük Patlama Laboratuvarı’ndan Shigehiro Nagataki, “Bazı araştırmacılar kuark fazlarının nötron yıldızlarının merkezinde görüneceğine inanıyor” diyor. “Ama bu bir varsayım.”
Bu tuhaf madde biçiminin var olup olmadığını keşfetmenin umut verici bir yolu, yerçekimi dalgası dedektörleri kullanarak iki nötron yıldızının birleşmesini gözlemlemektir.
Eğer varsa, birleşmeler sırasında protonların ve nötronların kendilerini oluşturan kuarklara nasıl parçalanacağına dair iki olasılık vardır. Sıvı suyun normal basınçlarda kaynama noktasında buhara dönüşmesi gibi keskin bir geçişten geçebilirler. Ya da suyun kritik noktasının üzerindeki basınçlarda buhar haline gelmesine benzer şekilde bulanık bir geçiş olabilir.
Şimdi, Nagataki ve iş arkadaşları iki nötron yıldızı arasındaki birleşmeleri teşvik ettiler ve üretilecek yerçekimi dalgalarını hesapladılar.
Nötron-yıldız birleşmelerinden kaynaklanan yerçekimi dalgalarının frekansı tipik olarak nötron yıldızının ne kadar hızlı döndüğüne bağlıdır. Daha büyük nötron yıldızları genellikle daha yavaş döner ve bunun tersi de geçerlidir.
Ekip, yerçekimi dalgalarının frekansını analiz ederek bir nötron yıldızında kuark fazının var olup olmadığını araştırmanın mümkün olması gerektiğini buldu. Varsa yerçekimi dalgaları, kuark fazının nasıl göründüğünü de ortaya çıkarabilir.
Mevcut yerçekimi dalgası dedektörleri bunu tespit edemese de, önümüzdeki on yıl içinde devreye girecek olan yeni nesil dedektörler ya da öylesine, yapabilmelidir.
“Yerçekimi dalgalarını tespit ederek geçiş türünü tespit edebileceğimizi düşünmek harika,” diyor Nagataki.
Referans: “Birleşme ve Sonradan Birleşme of Binary Neutron Stars with a Quark-Hadron Crossover Equation of State” Yong-Jia Huang, Luca Baiotti, Toru Kojo, Kentaro Takami, Hajime Sotani, Hajime Togashi, Tetsuo Hatsuda, Shigehiro Nagataki ve Yi-Zhong Fan, 26 Ekim 2022, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.181101