Bilgisayarda simüle edilen “bir kutudaki pulsar” ın ne anlama geldiğini araştıran uluslararası bir bilim adamları ekibi, aynı zamanda pulsarlar olarak da adlandırılan eğirme nötron yıldızları etrafındaki karmaşık, yüksek enerjili ortamın daha ayrıntılı bir şekilde anlaşılmasını sağlıyor. Model, nötron yıldızının yakınındaki manyetik ve elektrik alanlarındaki yüklü parçacıkların yollarını izleyerek, pulsarların gama ışını ve radyo atımlarını ultraprecise zamanlamayla nasıl yaydığını açıklamaya yardımcı olabilecek davranışları ortaya çıkarır.
NASA'nın Maryland, Greenbelt'teki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'ndeki astrofizikçisi Gabriele Brambilla, “Pulsarların, 1967'de keşfedildikleri anda nasıl başladıklarını anlama çabaları ve hala üzerinde çalışıyoruz” dedi. En son simülasyonla ilgili bir araştırmayı yöneten Milan. “Bugün mevcut hesaplama gücüyle bile, bir pulsarın aşırı ortamında parçacıkların fiziğini izlemek önemli bir zorluktur.”
Bir pulsar, kendi ağırlığı altında çökmüş ve bir süpernova olarak patlayan, yakıt bittiği devasa bir yıldızın ezilmiş çekirdeğidir. Yerçekimi, Güneş'in New York'taki Manhattan Adasından daha geniş olmayan bir top haline gelmesiyle daha da fazla kütle çekerken, aynı zamanda rotasyonunu değiştirerek manyetik alanını güçlendiriyor. Pulsarlar saniyede binlerce kez dönebilir ve bilinen en güçlü manyetik alanları kullanabilir.
Elektronların (mavi) ve antimadde kin, pozitronların (kırmızı) kaderini izleyen yeni bir “pulsar kutusu” nu keşfedin, bunlar bir nötron yıldızının etrafındaki güçlü manyetik ve elektrik alanlarıyla etkileşime girer. Daha açık parçalar daha yüksek parçacık enerjilerini gösterir. Bu görselleştirmede görülen her parçacık aslında trilyonlarca elektron veya pozitronu temsil eder. Nötron yıldızlarının etrafındaki parçacık çevresine dair daha iyi bilgi, astronomların tam zamanlı zamanlanmış radyo ve gama ışını sinyallerini nasıl ürettiklerini anlamalarına yardımcı olacaktır.
Bu özellikler aynı zamanda pulsarları güçlü dinamitler haline getirmektedir; süper partiküller, yüzeyden parçacıkları parçalayabilen ve onları uzaya doğru hızlandıran süper elektrikli elektrik alanlarıdır.
NASA'nın Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu, 216 pulsardan gama ışınlarını tespit etti. Gözlemler, yüksek enerjili emisyonun, nötron yıldızından radyo sinyallerinden daha uzak olduğunu göstermektedir. Ancak bu sinyallerin tam olarak nerede ve nasıl üretildiği hala bilinmemektedir.
Çeşitli fiziksel süreçler, bir pulsar etrafındaki parçacıkların çoğunun ya elektronlar ya da antimadde karşıtları, pozitronlar olmasını sağlar.
Goddard'dan Alice Harding, “Pulsarın manyetik kutbunun sadece birkaç yüz metre uzağında, yüzeyden çekilen elektronların yeryüzündeki en güçlü parçacık hızlandırıcıları ile karşılaştırılabilir enerjileri olabilir” dedi. “2009'da Fermi , Yengeç Bulutsusu pulsarından , enerjileri elektronların varlığını binlerce kez daha fazla gösteren güçlü gama ışını işaret fişeklerini keşfetti .”
Hızlı elektronlar, ışığın en yüksek enerjili şekli olan gama ışınlarını, eğrilik radyasyonu adı verilen bir süreçle yayar. Bir gama ışını foton, pulsarın manyetik alanı ile etkileşime girerek bir çift parçacık, bir elektron ve bir pozitron haline dönüşebilir.
Bu parçacıkların davranışlarını ve enerjilerini izlemek için, Brambilla, Harding ve meslektaşları, “hücre içinde parçacık” (PIC) simülasyonu olarak adlandırılan yeni tip bir pulsar modeli kullandılar. Goddard'ın Constantinos Kalapotharakos, projenin bilgisayar kodunun geliştirilmesine öncülük etti. Son beş yılda, New Jersey'deki Princeton Üniversitesi ve New York'taki Columbia Üniversitesi ekipleri tarafından benzer astrofiziksel ortamlara PIC yöntemi uygulanmıştır.
“PIC tekniği, pulsarı ilk prensiplerden keşfetmemize izin veriyor. Kalapotharakos, bir eğirme, manyetize pulsar ile başlıyor, yüzeyde elektronları ve pozitronları enjekte ediyor ve tarlalar ile nasıl etkileştiklerini izliyoruz ”dedi. “Süreç sayısal olarak yoğundur çünkü parçacık hareketleri elektrik ve manyetik alanları etkiler ve alanlar parçacıkları etkiler ve her şey ışığın hızına yaklaşır.”
Simülasyon, elektronların çoğunun manyetik kutuplardan dışarı doğru eğilme eğiliminde olduğunu göstermektedir. Diğer taraftan, pozitronlar çoğunlukla daha düşük enlemlerde akarlar, mevcut tabaka adı verilen nispeten ince bir yapı oluştururlar. Aslında, burada en yüksek enerjili pozitronlar - toplamın% 0.1'inden daha azı - daha önceki çalışmaların sonuçlarını doğrulayan Fermi tespitlerine benzer gama ışınları üretme kapasitesine sahiptir.
Bu parçacıkların bir kısmı, manyetik alanın yeniden bağlanmaya maruz kaldığı mevcut tabaka içindeki noktalarda muazzam enerjilere, muhtemelen depolanmış manyetik enerjiyi ısıya ve parçacık hızlandırmaya dönüştüren bir süreç haline getirilir.
Orta enerji elektronlarının bir popülasyonu, garip davranışlar gösterdi, her şekilde dağıldı, hatta pulsara doğru geri döndü.
Parçacıklar manyetik süpürgeyle hareket eder, bu da geriye doğru süpürür ve pulsar dönüşleri olarak dışarı doğru uzanır. Dönüş hızları artan mesafeyle yükselir, ancak bu sadece çok uzun sürebilir çünkü madde ışığın hızıyla seyahat edemez.
Plazmanın dönme hızının ışık hızına ulaşacağı mesafe, astronomların ışık tüpünü çağırdığı bir özelliktir ve ani bir değişime neden olur. Elektronlar ona yaklaştıkça, aniden yavaşlar ve çoğu çılgınca saçılır. Diğerleri ışık silindirini geçip uzaya fırlayabilirler.
Simülasyon NASA'nın Goddard'daki İklim Simülasyonu Merkezi'ndeki Discover süper bilgisayarında ve Silikon Vadisi, Kaliforniya'daki NASA'nın Ames Araştırma Merkezi'ndeki Pleiades süper bilgisayarında çalıştı. Model aslında her biri trilyonlarca elektron veya pozitron olan “makropartikülleri” izler. Bulguları açıklayan bir makale 9 Mayıs'ta The Astrophysical Journal'da yayınlandı.
“Bugüne kadar, nötron yıldızlarından elde ettiğimiz tüm gözlemleri açıklamak için kapsamlı bir teori yok. Bu bize, pulsarın çevresindeki plazma ortamının kaynağını, ivmesini ve diğer özelliklerini henüz tam olarak anlamadığımızı söylüyor ”dedi. “PIC simülasyonları karmaşık bir şekilde büyüdükçe, daha net bir resim bekleyebiliriz.”
NASA'nın Fermi Gama-Işını Uzay Teleskobu, ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde geliştirilen ve Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve ABD'deki akademik kurum ve ortaklardan önemli katkıları olan bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır.
Kaynak: NASA