Nükleer Makarna Çelikten 10 Milyar Kat Sert
Bilim insanları nötron yıldızlarının içinde çelikten 10 milyar kat sert olan nükleer makarna buldu. Nükleer makarna bugüne dek bulunan en sert madde. Üstelik yıldızın derinliğine göre fiyonk, burgu, çubuk makarna ve hatta lazanya gibi şekiller alıyor. Nükleer makarna nedir ve nasıl oluşuyor?
Nükleer makarna tarifi
Indiana Üniversitesi Bloomington yerleşkesinden fizikçi Charles Horowitz’in yaptığı bilgisayar simülasyonları, evrenin en yoğun gökcisimleri olan nötron yıldızlarının içinde nükleer makarna olduğunu gösterdi.
Nötron yıldızlarının muazzam yerçekimi altında ezilerek süper sıkışan atom dizilerinin oluşturduğu nükleer makarna, teorilere göre, nötron yıldızlarının dış kabuğunun hemen altında başlıyor ve 1 km derine kadar iniyor.
Nötron yıldızları süpernova olarak patlayan dev yıldızların kendi üzerine çöken demir çekirdeğinden oluşuyor. Sadece 10-20 km çapında olan nötron yıldızlarının içindeki basınç o kadar yüksek oluyor ki atomları oluşturan proton ve elektronlar sıkışıp birleşerek nötronlara dönüşüyor. İçinde büyük miktarda nötron barındıran yıldızlar adını buradan alıyor.
Ancak, yerçekiminden kaçış hızı ışık hızının yüzde 50’si olan bu yıldızların kabuğundaki basıncın nispeten düşük olması nedeniyle, kabuğun altındaki demir atomları nötrona dönüşmeden kalıyor. Bunun yerine nükleer makarnaya dönüşüyor.
İlgili yazı: Mars’a Kış Uykusuna Yatarak Gideceğiz
Al dente
Horowitz, nükleer fizik teorilerinde yer alan varsayımsal nükleer makarnayı en azından bilgisayar simülasyonlarında üretti. Amerikalı fizikçi bu konuda ABD ve Kanada’daki diğer iki meslektaşıyla birlikte çalıştı (M. E. Caplan ve A. S. Schneider).
Ancak, nötron yıldızlarının uzayda küçücük bir noktaya büyük miktarda demir atomu sıkıştırarak süper ağır olmasının sebebi sadece demirin ağırlığı değil. Yüksek basınç altında demir atomları büyük ölçüde nötrona dönüşüyor.
Bir atomun yüzde 99’u boşluktan oluştuğu için sadece atom çekirdeğinde yer alan ve atomların binde biri kadar olan nötronlar, nötron yıldızı denilen bu yıldız kalıntısının içindeki maddenin, normalden çok daha fazla çıkışmasına izin veriyor.
Nötron yıldızları işte bu yüzden çok küçük oluyor (10-20 km çapında) ve yine bu nedenle kaçış hızı, ışık hızının yüzde 50’sine eşit olan muazzam bir yerçekimi üretiyor.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Lazanyaya varıncaya kadar
Nötron yıldızlarının içindeki nükleer makarna, mutfaklarımızdaki fiyonk makarna ve spagetti gibi çeşitli şekillere giriyor. Ancak, bilim insanları nötron yıldızı kabuğundaki demir atomlarının lazanya şeklini alıp almayacağını da merak ettiler.
Sonuçta lazanya ve fırında makarna kızarmış kabuğu sert ve içi yumuşak olan yemekler. Horowitz ve meslektaşları ise kabuğun hemen altında yer alan nükleer makarnanın, nötron yıldızı kabuğundan daha sert olup olmadığını merak ettiler. Bunu bulmak için de bilgisayar simülasyonu yaptılar.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Bunu bilmeye ne gerek var?
Yapılan araştırmalar, genç nötron yıldızlarının, kendi çevresinde saniyede yüzlerce kez dönen ve ambulans ışıldağı gibi döne döne gama ışınları saçan atarcalar olduğunu gösteriyor. Biz de galaksimizde İngilizce pulsar denilen bu cisimlerin yeni doğan haline manyetar diyoruz.
Manyetarlar ve nükleer makarna
Bir nötron yıldızı yeni doğduğunda süper manyetik oluyor ve manyetar olarak adlandırılıyor (manyetik pulsar). Manyetarlar içerdikleri demir atomları yüzünden o kadar güçlü manyetik alanlar üretiyor ki süper yoğun olmalarına rağmen kabuğunu “manyetik depremlerle” çatlatıyor.
Manyetarlar böylece muazzam depremler geçirerek çöküyor ve büzülerek küçülüyor. Bu da enerji kaybına yol açarak kendi çevrelerinde dönüş hızlarını azaltıyor. Kısacası nötron yıldızları, manyetarlardan pulsarlara ve ardından sıradan nötron yıldızlarına dönüşerek yaşlanıyor.
Nükleer fizikçiler ve astrofizikçiler nükleer makarna simülasyonları ile işte bu süreci, yani nötron yıldızlarının içyapısıyla yaşlanmasını daha iyi anlamak istiyor. Kabuğun altındaki nükleer makarnanın şekli (fiyonk mu, çubuk mu) ve kabuktan sert olup olmadığı bu konuda ipuçları taşıyor.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Bu yüzden en sert madde
Bilgisayar simülasyonları gerçekten de nükleer makarnanın 1 km üstündeki kabuktan daha sert olduğunu gösterdi ve böylece bizler de evrenin en yoğun cisimleri olan nötron yıldızlarının içinde evrenin en sert maddesi, yani çelikten 10 milyar kat güçlü nükleer makarna olduğunu bulduk.
Simülasyon kanıt değildir
Gerçekten de bilgisayar simülasyonlarını kesin kanıt olarak gösteremeyiz. Bununla birlikte, bu simülasyonların gözlemlerle çok uyumlu olduğunu söyleyebiliriz. Kaldı ki nükleer makarna, nötron yıldızlarının neden uzay-zamanı büken kütleçekim dalgaları yaydığını gösteriyor.
Normalde nötron yıldızları süper kompakt ve simetrik küreler. Bu sebeple ne kadar büyük kütleye sahip olsalar da bizzat uzay-zamanı dalgalandıran kütleçekim dalgalarına yol açamazlar. Öte yandan, nükleer makarna asimetrik ve dağınık bir madde türü.
Nötron yıldızlarının kabuğu düz olsa da içinin dalgalı olmasına neden oluyor. Bu da sadece çarpışan nötron yıldızlarının değil, kendi başına dönen uslu nötron yıldızlarının da kütleçekim dalgaları üretmesini sağlıyor.
Dahası nükleer makarna atomlardan değil, elektronlarını kaybeden atom çekirdeklerinden oluşuyor. Bu sebeple nükleer makarna eskiden daha çok nötronlardan oluştuğu sanılan nötron yıldızı manto tabakasına da sızıyor. En azından manto tabakası büyük ölçüde nükleer makarnadan oluşuyor.
İlgili yazı: Gezegenler Güneş Çevresinde Nasıl Dönüyor?
Dev bir atom oluşturuyor
Aslında nötron yıldızlarının mantosu tek bir dev atom gibi davranıyor. Bunun nedeni, nötron yıldızının kabuğundaki helyum ve demir atomu çekirdeklerinin dejenere olması; yani yüksek basınç altında birbirine değecek kadar yakınlaşması. Bu da onların tek tek atom çekirdekleri olarak değil de büyük bir grup halinde, aslında dev bir atom gibi davranmasına yol açıyor.
Sonuçta kabuğun altındaki yüksek basınç, Dünya’daki atom çekirdeklerinin normal basınç altında birbirinden ayrı durmasını sağlayan itici Coulomb kuvvetini yeniyor. Bu nedenle nükleer makarna oluşuyor.
Ancak, bunu da tek başına yüksek basınçla açıklayamayız. Nükleer fizik devreye giriyor. Öyle ki tek bir nötronla protonun arasında çekim kuvveti (güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle bu parçacıkların birbirini mıknatıs gibi çekmesi), iki nötronla iki protonun birbirini çekmesinden daha şiddetli oluyor.
Kısacası nükleer pastayı oluşturan atom çekirdeklerinin dış yüzeyi tutkal sürülmüş gibi yapışkan oluyor. Nötron ve protonların birbirini çekmesi, onları sıkıştıran yüksek basınçla birleşince nükleer makarna oluşuyor. Sudan 100 trilyon kat yoğun olan bu madde, derinliğe bağlı olarak artan basınç altında fiyonk ve spagetti gibi farklı şekillere giriyor. Peki bütün bunlar ne demek derseniz açıklayalım:
Çekirdek depremleri
Eskiden astrofizikçiler, manyetar depremlerinin sadece nötron yıldızı kabuğunu çatlattığını düşünüyordu. Oysa artık gördüler ki manyetar depremleri, bu ölü yıldızları manto tabakasına kadar kırarak yeniden şekillendiriyor. İşte bu yüzden manyetik depremler nötron yıldızlarının dönme hızını yavaşlatıyor; çünkü şiddetli sarsıntıların neden olduğu enerji kaybı yıldızın tamamını frenliyor.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Nötron yıldızı dağları
Nötron yıldızlarının süper güçlü yerçekimi yüzünden, bu egzotik cisimlerde Everest Dağı gibi 8848 metre yüksekliğinde dev dağlar oluştuğunu sanmayın. Standart nötron yıldızı dağları ancak 1-2 mm yüksekliğinde oluyor.
Sorun şu ki bu kadar küçük dağlar kabuğun pratikte pütürsüz olması demek ve dış yüzeyi cilalı olan nötron yıldızlarının da Dünya’daki LIGO ile VIRGO gözlemevleri tarafından tespit edilecek kütleçekim dalgalarına yol açması mümkün değil.
Neyse ki nötron yıldızlarının içinde gerçekten nükleer makarna varsa bunun gizli kalması da mümkün değil. Resimde gördüğünüz gibi son derece kabartılı olan nükleer makarna, nötron yıldızlarının içindeki maddenin dağınık olarak dağılmasına sebep oluyor.
Bu da nötron yıldızı kabuğunun pütürlü olmasını sağlıyor. Öyle ki manyetarlar ve diğer genç nötron yıldızlarının yüzeyinde 2 mm değil de 2 cm yüksekliğinde dağlar olması gerekiyor. Bunlar varsa LIGO bir gün mutlaka, tekil nötron yıldızlarının uzayda dönerken yaydığı kütleçekim dalgalarını görerek nükleer makarna teorisini kanıtlayacaktır.
İlgili yazı: Evren Boşluktan Nasıl Oluştu?
LIGO görmezse
2030’larda uzaya gönderilecek olan lazer girişimölçerli 3 uydudan oluşan LISA gözlemevi, nükleer makarna kaynaklı kütleçekim dalgalarını mutlaka saptayacak; çünkü uzayda 10 kaplan gücünde olan LISA, LIGO’dan çok daha hassas olacak.
Yine de nükleer makarna çelikten 10 milyar kat sert derken, bunun ancak nötron yıldızının muazzam basıncı altında böyle olduğunu unutmayalım. Kısacası nötron yıldızının süper sert kabuğunu delebilsek bile bu yıldızlardan nükleer makarna çıkarıp Dünya’ya getiremeyiz.
Normal basınç altında nükleer makarna özelliğini yitirir ve bu egzotik maddeyi oluşturan helyum ile demir çekirdekleri, Dünya’daki bütün nükleer bombalardan daha şiddetli patlayarak her şeyi yok eder. 😉
Peki siz evrenin en garip yıldızlarının nötron yıldızları olduğunu mu sanıyorsunuz? Çok yaklaştınız ama değil: Bazı teorilere göre evrende garip madde denilen ve değdiği her şeyi yok eden süper bulaşkan bir madde var. Bundan oluşan yıldızlara Ölümsüz Garip Yıldızlar diyoruz. Ancak, bu hafta sonu Evrenin En Büyük Yıldızları ve İçinde Kara Delik Olan Yarım Yıldızlara da bakabilirsiniz. Hepinize iyi okumalar.
Nükleer makarna tarifi
1Elasticity of nuclear pasta
2Primordial Black Holes and r-Process Nucleosynthesis
