Astronomlar, tarihin en kütlesiz çift nötron yıldızı sistemini keşfetti

Çin Bilimler Akademisi’ne bağlı Ulusal Radyo Astronomi Teknolojileri Ana Laboratuarı ve diğer Çinli kurumların araştırmacıları, Beijing’deki beş metrelik yarıçaplı küresel radyo teleskopu (FAST) ile keşfettikleri PSR J1856–0039 adlı çift nötron yıldızı sistemini inceledi ve sistemin bilinen tüm çift nötron yıldızları içinde en düşük birleşik kütleye sahip olduğunu belirledi. Pekin merkezli ekip, 2020’den 2025’e kadar 17 gözlem seansında gerçekleştirdiği uzun süreli zamanlamă çalışmalarıyla sistemin yörüngesinin Einstein’ın genel görelilik kuramının öngördüğü şekilde daraldığını ölçtü ve bulgularını Physical Review Letters dergisinde yayımladı.

Sistemin 2,36 saatlik yörünge periyoduyla, doğrulanmış çift nötron yıldızı sistemleri arasında ikinci en kısa periyode sahip olması da araştırmayı öne çıkarıyor. Nötron yıldızlarının bu denli sıkışık bir yörüngenin etrafında dolanması ve güçlü rölativistik etkiler göstermesi, sistemin genel görelilik kuramını test etmek için değerli bir doğal laboratuara dönüştürüyor.

Nötron yıldızları ve bunların uzay-zamanı nasıl etkilediği

Nötron yıldızları, ömrünün sonunda patlayan kütlek büyük yıldızların son derece yoğun artıklarıdır ve astrofizikte yaygın olarak incelenen cisimlerdir. Bu yıldızlardan pulsarlar adı verilenleri, kendi ekseninde dönerek radyo dalgaları demetleri yayar; bu demetler Dünya’nın önünden geçerken yıldızın “atarak” görünümesine neden olur.

Einstein’ın genel görelilik kuramına göre, birbirinin etrafında dönen nötron yıldızları uzay-zamanın dalgalanması olarak bilinen yerçekimi dalgaları yaymalıdır. Bu süreçte kaybedilen enerji, çifti giderek birbirine yaklaştırmalı ve her yörünge turunun tamamlanması için gereken süreyi kısaltmalıdır.

“FAST kullanarak bir pulsar taraması yürütüyoruz ve bugün itibarıyla yaklaşık 900 pulsar keşfettik. Bunların arasında PSR J1856−0039, özellikle önemli bir keşif olarak öne çıkıyor. İlk kez 4 Mayıs 2020’de tespit edildi. Takip eden FAST gözlemleri, yörünge periodu 2,36 saat olan bir çift nötron yıldızı (DNS) sistemi olduğunu ortaya koydu—doğrulanmış DNS sistemleri arasında bilinen ikinci en kısa periyod.”

makalenin ortak yazarlarından JinLin Han

Güçlü rölativistik etkilerle izlenen bir pulsar

FAST tarafından 2020’de ilk kez tespit edilen PSR J1856−0039, son derece sıkışık bir yörüngeye ve genel görelilik kuramının öngördüğü ölçülebilir etkilere sahiptir. Bu özellikler onu kuramı test etmek için değerli bir sistem haline getiriyor.

“Geçen beş yıl içindeki uzun süreli timing (zamanlama) takibi, üç post-Keplerian yörünge parametresinin hassas ölçümünü sağladı. Bu metriklerden her iki nötron yıldızının bireysel kütlesini belirledik ve birleşik kütlenin, bilinen herhangi bir DNS sisteminde şimdiye kadar ölçülen en düşük kütle olduğunu bulduk. Bu makalede bu sonuçları sunuyor ve nötron yıldızı oluşumu ile ikili evrim üzerindeki sonuçlarını tartışıyoruz.”

Başta Güney Çin’deki Dawodang çöküntüsü olarak adlandırılan doğal bir havzada yer alan büyük radyo teleskopu FAST, 2020 ile 2025 arasında 17 seansında PSR J1856−0039’u gözlemiş ve 253 nabız varış zamanı ölçümü çıkarmıştır.

“FAST’ın olağanüstü hassasiyeti, bu nispeten soluk kaynağın yüksek sinyal-gürültü oranıyla (S/N) tespit edilmesini sağlıyor—ortalama akı yoğunluğu yaklaşık 0,1 mJy olmakla birlikte seansdan seansa değişkenlik gösteriyor. Zamanlama analizi, yaygın olarak benimsenen pulsar zamanlama yazılımı Tempo2 kullanılarak gerçekleştirildi. Zamanlama modellemesinden önce, FAST verilerini PSRCHIVE kullanarak enstrüman polarizasyonu ve bant tepkisi için titizlikle kalibre ettik.”

Araştırmacılar, pulsarın radyo nabızlarının FAST’a hangi anda ulaştığını ölçerek hem pulsarın kendi dönüşünü hem de eş yıldızının etrafındaki hareketini izledi. Nabızların varış zamanlarındaki değişimler üç etkide ortaya çıktı: yörünge periodunun kısalması, yörüngenin en yakın noktasının (periastron) kademeli olarak dönmesi ve Einstein gecikmesi olarak bilinen küçük bir zamanlama kayması.

Araştırmacılar bu ölçümleri genel görelilik kuramıyla birlikte kullanarak her yıldızın kütlesini tahmin etti ve gözlemlenen yörünge daralmasını, öngörüldüğü hızla karşılaştırdı. Ayrıca yıldızların muhtemelen ne zaman birleşeceğini de tahmin etti.

“Hem veri azaltma hattımızı hem de çözümleme (timing) sonucunu iteratif olarak iyileştirdik ve bu da son derece hassas bir zamanlama modeline yol açtı. Bu hassasiyet, Tempo2 içinde uygulanan Damour–Deruelle rölativistik (DDGR) çerçevesinde üç post-Keplerian parametrenin—yörünge periodu türevi (dot(Porb)), periastron ilerleme hızı (dot-Omega) ve Einstein gecikmesi (Gamma)—sağlam biçimde ölçülmesini sağladı.”

JinLin Han

Nötron yıldızı birleşmelerine dair anlayışın derinleştirilmesi

Araştırmacılara göre PSR J1856−0039, rölativistik etkilerinin gücü açısından doğrulanmış çift nötron yıldızları arasında ikinci sıradadır. Bu da onu genel görelilik kuramının daha fazla test edilmesi için umut verici bir sistem kılıyor.

“Bu sistem, sıkışık yörüngeşi, elverişli eğimi ve olağanüstü zamanlama hassasiyeti nedeniyle Lense–Thirring (çerçeve sürüklemesi) etkisinin tespit edilmesinde en yüksek potansiyele sahiptir. Tüm DNS sistemleri içinde şimdiye kadar ölçülen en düşük toplam kütleye sahip—bu özellik, birleşmelerinin muhtemelen bir kara delik yerine kütlek bir nötron yıldızı üreteceğini ima ediyor ve ultradönük maddenin durum denklemine dair benzersiz bir içgörü sunuyor.”

Araştırmacılar, iki nötron yıldızının yaklaşık 82 milyon yıl içinde birleşmesini tahmin ediyor. Birleşme kararlı bir nötron yıldızı üretebilir; ancak artık, dönüşü yavaşladıktan sonra kara deliğe çökebilir. Han ve arkadaşları, sistemin izlenmesine devam ederek bir nötron yıldızının dönmesinin yörüngesini nasıl etkilediğini ve bu etkinin nötron yıldızlarının içindeki madde hakkında ne açabileceğini araştırmayı planlıyor.

“Bu değerli sistemin uzun süreli zamanlamasını sürdürerek rölativistik etkilerini daha iyi anlayacak ve daha fazla post-Keplerian parametre ölçeceğiz. Özellikle Lense–Thirön presesyon (dönme) etkisini, ardından da nötron yıldızının atalet momentini ölçmeyi umuyoruz; bu da nötron yıldızlarının içindeki maddenin durumunun ilk kez belirlenmesine yol açabilir. Zorlu ve uzun süreli bir iş olacak, muhtemelen 10 yıl sürecektir ve benim doktora sonrası araştırmacım Dr. Zonglin Yang tarafından yürütülecek.”

JinLin Han

Araştırma ekibi, sistemin genel görelilik kuramını test etmek için değerli bir fırsat sunduğunu vurguladı; bulguların nötron yıldızlarının nasıl oluştuğu ve ikili sistemlerin evrimi hakkındaki anlayışa katkı sağlayacağı belirtildi.

Z. L. Yang ve diğerleri, “Relativistic Effects of PSR J1856–0039 Double Neutron Star System in a 2.36-Hour Compact Orbit” başlıklı çalışma Physical Review Letters dergisinde (2026) yayımlanmıştır. DOI: 10.1103/hmjp-htd1; arXiv: 2607.27333.