Transcript X-Ray Astronomy and Accretion Phenomena

Yüksek Enerji Astrofiziği
Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
K. Yavuz Ekşi
Optik Astronomi
• Gözümüz elektromanyetik spektrumun
dar bir aralığına duyarlıdır.
• Optik astronomi bu dar aralıktan evrene
bakar.
• Neden binlerce yıl optik banda
kısıtlandık ki?
• Güneş
tarafından
yayılan enerjinin
spektral dağılımı
5800 K
sıcaklığındaki bir
karacisim
ışımasına uyar.
• Küçük farklılığın tek
sebebi fotosferin termal
dengede olmamasıdır.
• Küçük dalgaboylarındaki
“omuz”un nedeni çok
yüksek sıcaklıktaki Güneş
tacı (korona) tarafından
yayımlanan X-ışınlarıdır.
• Yayılan enerjinin %80’i gözün
görebildiği dalga boylarında.
• Doğal seçilim ile adaptasyonun
bir örneği.
Optik Band’ın Ötesi
• 1950’lerden sonra radyo astronomisi
(başlı başına bir hikaye)
• 1960’larda X-ışını astronomisi ortaya
çıktı.
• Hiç beklenmeyen gelişmelere yol açtı.
• X-ışını pulsarları, radyo pulsarları,
kuvazarlar, mikrokuvazarlar…
X-ışınları Atmosferi Geçemez
• Atmosfer
elektromanyetik
spektrumu süzer.
• Yalnızca optik ve
radyo bandında
yerden gözlem
mümkün.
• X-ışını
detektörleri
atmosferin dışına
yerleştirilmeli
• Chandra, XMMNewton, Rosat,
Uhuru, Integral
vs gibi pek çok Xışını astronomisi
amaçlı uydu var.
Yıldızların Yaydığı X-Işınları
• Güneş gibi
yıldızlar çok az
X-ışını yayar.
• 1960’lardaki
detektör
teknolojisi ile
Güneş dışındaki
yıldızların Xışınlarını ölçmek
mümkün değildi.
Bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri’nin X-ışını görüntüsü. (CHANDRA)
Riccardo Giacconi
• Gene de Giacconi ve
grubu 1962’de
roket yollayarak Xışını astrofiziğini
başlattı.
• Sco-X1: Güneş
sistemi dışında ilk
X-ışını kaynağı.
• 2002 Nobel ödülü
Sco X-1
• Yaydığı enerji Güneş’in yaydığı enerjinin
milyon katı kadar.
• Optikte bakıldığında ise hiçbir ilginçlik
yok!
• Sıradan bir yıldız olamaz.
In every square degree of the sky, there are about
one hundred stars visually brighter than Sco X-1.
But in X-rays, it dominates the sky. Most imaging
X-ray instruments do not look at Sco X-1, as it degrades
detectors due to its X-ray brightness.
Çift Yıldızlar
• Ortak bir kütle etrafında dönmekte olan iki
yıldız.
• Tüm yıldızların yaklaşık yarısı bir çift yıldız
sisteminin parçasıdır.
• Üçlü sistemler de vardır (çok nadir).
http://en.wikipedia.org/wiki/Binary_star
İkili Yıldız Sisteminde
Eşpotansiyel Yüzeyler
Lagrange noktasında
potansiyelin gradyeni
sıfır. Yani o noktadaki
bir parçacığa kuvvet
etkimiyor. Yıldızlara
göre hareketsiz.
http://en.wikipedia.org/wiki/Roche_lobe
Roche
Potansiyeli
Lagrange Noktaları
• Lagrange
noktasındaki bir
parçacık
yıldızlara göre
hareketsiz
olacaktır.
• İki kütlenin
uyguladığı kuvvet
onlarla birlikte
dönmek için
gerekli merkezcil
kuvveti sağlar.
http://en.wikipedia.org/wiki/Lagrangian_point
Roche Lobe
• Roche lobe 8 biçimli
eşpotansiyel yüzey.
• Bir yıldızın etrafındaki
bir test parçacığının
yıldıza bağlı kalacağı en
geniş yörünge.
• Bir yıldız Roche
Lobe’undan daha fazla
genişlerse lobe dışında
kalan madde diğer yıldız
tarafında çekilecektir.
Roche Lobe Taşması
• Bir yıldız evrimi
sırasında şişerek
Roche Lobe’unu
doldurursa taşma
sözkonusu olur.
• Madde L1 Lagrange noktasından
diğer yıldıza doğru gider.
• Diğer yıldız tıkız bir nesneyse
onu tutturması zor.
• Açısal momentumu olduğundan
nesnenin üzerine doğrudan
düşmek yerine bir disk
oluşturur.
Roche Lobe
Taşması
Kütle Aktarım Diski
• Düşen
madde
tıkız
nesneyi
ıskalar ve
disk
oluşturmak
üzere
diffüze
olur.
Neden X-ışını Çıkar
• Nötron yıldızı üzerine kütle düşüyor.
• Düşen kütlenin gravitasyonel enerjisi
ışımaya dönüşüyor.
Nötron yıldızı için
Durgun kütlenin %20 verimle ışımaya dönüşüyor!
Nükleer tepkimeler için verimlilik binde 7.
X-ışını Çiftleri
• Eşlikçi yıldızın beyaz cüce, nötron yıldızı veya
kara delik (tıkız nesne) olduğu ikili yıldız
sistemleri.
• Eşlikçi yıldızdan tıkız nesne üzerine kütle
aktarımı olursa X-ışınları üretilir.
• Kütle aktarımı yapan nesne beyaz cüce is
sisteme kataklismik değişken adı verilir. Bu
sistemler daha çok UV’de yayın yapar.
Cygnus X-1
GRS 1915+105
GRO J1655-40
Cen X-3
X-Ray Pulsar
Accretion Disk=Kütle Aktarım
Diski
• Diskin kendi yaşamı var.
• Kendi ışıma gücü var ve çok parlak.
• Diskin luminositesi akışkanın iç
sürtünmesinden kanaklanıyor.
• Gravitasyonel enerjiyi bu sürtünmeler
ışımaya dönüştürüyor.
Accretion Disk

=
 GM 
 3 
 r

1/ 2
Yıldız yapısı: Hidrostatik Denge
Her yarıçapta
Pgrav=Pthermal
Üstteki kütle arttıkça
sıcaklık artmalı ki
basınç dengesi
devam edebilsin.
Merkeze gittikçe sıcaklık
artar.
• Nükleon
başına
bağlanma
enerjisi
(MeV)
atomik
kütle
biriminin
fonksiyon
olarak.
Yıldızların
yaşamı
Beyaz Cüceler
• Güneş sistemi civarındaki yıldızların
kütlesel olarak %15’i beyaz cüce
formundadır.
Beyaz Cüceler
• M4 yıldız
kümesindeki
beyaz cüceler.
• Güneş
kütlesinde
Dünya
hacminde.
Dejenere Madde
• Beyaz cüceleri
gravitasyonel
çökmeye karşı
elektron
dejenerasyon
basıncı korur.
Süpernova 87A
Crab
Nebulası
Patlama 1054’te
Çin’li astronomlarca
kayda geçirildi.
Merkezinde bir
radyo pulsarı var.
Radyo Pulsarları 1967’de
keşfedildi
Nötron Yıldızları
Nötron yıldızı 10 km yarıçapında.
Nötronların dejenerasyon basıncı ile gravitasyonel çökmeye karşı durur.
Süpernova
• Süpernova patlamasında fırlatılan madde
yıldızlararası ortamdaki seyreltik gazı
sıkıştırır. Bu sıkışma X-ışını yayımına yol açar.
• Yeni doğmuş nötron yıldızı da çok sıcaktır ve
X-ışını yayar.
Cas A SNR
Cassiopeia A Supernova remnant as
seen in X-rays.
The low, medium, and higher X-ray
energies of the
Chandra data are shown as red,
green, and blue
(Image courtesy CHANDRA)
Cassiopeia A Supernova remnant
as seen in visible light.
(Image courtesy CHANDRA)
• Crab
Supernova
remnant three colour
image with
X-ray in
blue, optical
in green, and
radio in red.
(Image
courtesy
CHANDRA)
Crab SNR
Crab Nebula
Pulsar Çiftleri
http://www.spacephysics.eu/html/Binary%20Pulsars.htm
Uzay-zamanın Titreşimleri:
Gravitasyonel Dalgalar
Genel göreceliğin yörünge
küçülmesi ile öngörüsünün
PSR 1913+16 çifti için gözlemle
karşılaştırılması.
Hulse & Taylor 1974
1993 Nobel ödülü
Lattimer & Prakash
Lattimer & Prakash
Compact Object Observed
Masses
BHC=BH candidates
Thermonuclear Burst
X-ray bursts from EXO 2030+375 as seen with
EXOSAT.
Interpretation: Thermonuclear explosions on NS
surface.
GRB distribution on the sky for bursts observed with BATSE
Schematic representations of the different stages in the evolution of a GRB.
Links
•
•
•
•
•
http://www.oulu.fi/astronomy/astrophysics/pr/head.html
http://spiff.rit.edu/classes/phys240/lectures/future/future.html
http://cns.uni.edu/~morgan/astro/course/Notes/section2/xraybin.html
http://www.shokabo.co.jp/sp_e/optical/labo/opt_cont/opt_cont.htm
http://www-xray.ast.cam.ac.uk/xray_introduction/Blackholebinary.html