Pulsar ya da Türkçedeki karşılığıyla atarca, düzenli aralıklarla ışınım darbeleri yayan bir nötron yıldızıdır. Aslında çoğu durumda yıldız yanıp sönmez; dönme ekseniyle manyetik ekseni çakışmadığı için ışınım demetleri uzaya tarama yapar ve bu demet Dünya’nın doğrultusundan geçtiğinde teleskoplarımız bir darbe algılar.
Atarcalar astrofizikte çok önemlidir, çünkü evrenin en yoğun ve en uç nesnelerinden bazılarını gözlemlememizi sağlar. Birkaç kilometrelik ölçeklerde değil, yaklaşık 10-12 kilometrelik yarıçaplara yakın boyutlarda, Güneş’ten daha ağır kütleler barındıran bu cisimler; madde fiziği, güçlü manyetik alanlar ve genel görelilik için doğal laboratuvarlardır.
Pulsar Nedir?
Bir atarca, büyük kütleli bir yıldızın yaşamının sonunda süpernova patlamasıyla geride bıraktığı çökmüş çekirdeğin özel bir görünümüdür. Bu kalıntıya nötron yıldızı denir. Tipik bir nötron yıldızı yaklaşık 1,4 Güneş kütlesini, yalnızca küçük bir şehir büyüklüğündeki hacme sığdırır.
Atarcanın darbeleri, çoğunlukla manyetik kutuplar çevresinde hızlandırılan yüklü parçacıkların ürettiği ışınımdan kaynaklanır. Manyetik eksen dönme eksenine göre eğikse, ışınım demetleri uzayda bir deniz feneri gibi döner. Dünya bu demetin yoluna giriyorsa düzenli aralıklarla radyo, X ışını ya da gama ışını darbeleri gözlenir.
Keşif Öyküsü
Atarcalar 1967 yılında radyo gökyüzündeki hızlı değişimleri inceleyen gözlemler sırasında keşfedildi. İlk tanınan örnek daha sonra PSR B1919+21 adıyla anıldı ve darbeleri yaklaşık 1,337 saniyelik aralıklarla geliyordu. Sinyalin olağanüstü düzenliliği başlangıçta şaşkınlık yarattı, fakat kısa sürede doğal bir açıklama olduğu anlaşıldı.
Nötron yıldızı yorumu, süpernova kalıntılarıyla kurulan bağlantı sayesinde güçlendi. Yengeç Bulutsusu’nun merkezindeki Yengeç atarcası saniyede yaklaşık 30 kez döner ve 1054 yılında gözlenen süpernovanın kalıntısıyla ilişkilidir. Bu örnek, atarcaların yıldız patlamalarıyla doğan genç nötron yıldızları olabileceğini açıkça gösterdi.
Darbenin Arkasındaki Fizik
Büyük kütleli bir yıldızın çekirdeği çökerken açısal momentum korunur. Çapı muazzam ölçüde küçülen çekirdek, kollarını içeri çeken bir buz patencisi gibi daha hızlı dönmeye başlar. Bu nedenle yeni oluşmuş bir nötron yıldızı saniyede birçok kez dönebilir.
Çökme sırasında manyetik alan da çok güçlenir. Sıradan radyo atarcalarında yüzey manyetik alanları yaklaşık 100 milyon ile 10 trilyon gauss arasında olabilir. Bu dev manyetik alan, dönmeyle birlikte güçlü elektrik alanları üretir; parçacıkları ivmelendirir ve farklı dalga boylarında ışınım oluşmasına yol açar.
Atarcalar zamanla dönme enerjilerini kaybettikleri için yavaşlar. Dönme hızındaki bu küçük değişim, yıldızın yaklaşık yaşı, manyetik alanı ve enerji kaybı hakkında bilgi verir. Yengeç atarcası gibi genç örnekler, çevrelerindeki bulutsuyu besleyecek kadar güçlü enerji kaybetmeyi hâlâ sürdürür.
Temel Sayılar ve Türler
Bilinen atarcaların çoğu milisaniyeler ile birkaç saniye arasında değişen dönemlerle döner. Milisaniye atarcaları özellikle hızlı ve kararlıdır; genellikle bir eş yıldızdan madde kazanarak yeniden hızlanmış yaşlı nötron yıldızları olarak yorumlanır. Onaylanmış en hızlı atarca saniyede yaklaşık 716 kez döner; bu da yaklaşık 1,4 milisaniyelik bir dönme dönemine karşılık gelir.
Atarcalar en çok radyo dalgalarında bulunur, çünkü radyo ışınımı yıldızlararası ortamdan geçerek büyük uzaklıklardan algılanabilir. Bugün sayıları 3.000’in epey üzerinde atarca bilinmektedir, fakat Samanyolu’ndaki gerçek nüfusun bundan çok daha fazla olduğu düşünülür. Birçok atarcanın demeti Dünya’yı taramadığı için onları göremeyiz.
Bazı atarcalar çift sistemlerde yer alır. Eşleri beyaz cüce, başka bir nötron yıldızı ya da daha seyrek olarak farklı türden yoğun bir cisim olabilir. Darbelerin varış zamanlarındaki çok küçük değişimler, bu sistemlerin yörüngelerini ve kütlelerini olağanüstü duyarlılıkla ölçmeyi sağlar.
Neden Bu Kadar Değerliler?
Atarcalar gökbilimciler için doğal saatlerdir. Özellikle milisaniye atarcalarının darbeleri uzun yıllar boyunca büyük bir düzenlilikle izlenebilir. Bu düzenlilikteki küçük sapmalar, eş yıldızların çekimini, yıldızlararası plazmanın etkisini, atarcanın uzaydaki hareketini ve görelilikten kaynaklanan düzeltmeleri ortaya çıkarır.
Çift atarcalar genel göreliliğin sınanmasında önemli rol oynamıştır. 1970’lerde bulunan ilk çift atarca, yörüngesinin kütleçekim dalgalarıyla enerji kaybına uygun biçimde küçüldüğünü gösterdi. Daha sonra keşfedilen çift nötron yıldızı sistemleri, güçlü kütleçekim alanlarında göreliliğin ayrıntılı sınanmasına olanak verdi.
Günümüzde milisaniye atarcalarından oluşan zamanlama dizileri de kullanılır. Bu çalışmalar, uzak gökadalardaki süper kütleli kara delik çiftlerinden gelmesi beklenen çok düşük frekanslı kütleçekim dalgalarını arar.
Güncel Araştırmalar ve Kalıcı Önemi
Modern atarca araştırmaları büyük radyo taramaları, uzay teleskopları ve gelişmiş bilgisayar yöntemleriyle yürütülür. Gökbilimciler Samanyolu’nda, küresel yıldız kümelerinde ve süpernova kalıntılarında yeni atarcalar arar. Her yeni örnek, nötron yıldızlarının iç yapısı ve yıldız evrimi modelleri için yeni bir sınavdır.
Atarcalar, gökbilimin en verimli keşiflerinden biridir. Başta açıklanamayan düzenli radyo darbeleri olarak görülen bu cisimler, bugün yoğun maddeyi, kozmik manyetik alanları ve güçlü kütleçekimi anlamamızda temel araçlardır. Boyutları küçüktür, fakat evreni kavramamızdaki etkileri çok büyüktür.