Transcript
Page 1: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Yüksek Enerji AstrofiziğiTıkız Nesnelerin Astrofiziği

K. Yavuz Ekşi

Page 2: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Optik Astronomi

• Gözümüz elektromanyetik spektrumun dar bir aralığına duyarlıdır.

• Optik astronomi bu dar aralıktan evrene bakar.

• Neden binlerce yıl optik banda kısıtlandık ki?

Page 3: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

• 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.

Page 4: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

• Yayılan enerjinin %80’i gözün görebildiği dalga boylarında.

• Doğal seçilim ile adaptasyonun bir örneği.

Page 5: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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…

Page 6: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

X-ışınları Atmosferi Geçemez• Atmosfer

elektromanyetik spektrumu süzer.

• Yalnızca optik ve radyo bandında yerden gözlem mümkün.

• X-ışını detektörleri atmosferin dışına yerleştirilmeli

• Chandra, XMM-Newton, Rosat, Uhuru, Integral vs gibi pek çok X-ışını astronomisi amaçlı uydu var.

Page 7: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 8: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Yıldızların Yaydığı X-Işınları

• Güneş gibi yıldızlar çok az X-ışını yayar.

• 1960’lardaki detektör teknolojisi ile Güneş dışındaki yıldızların X-ışınlarını ölçmek mümkün değildi.

Bize en yakın yıldız olan Proxima Centauri’nin X-ışını görüntüsü. (CHANDRA)

Page 9: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Riccardo Giacconi

• Gene de Giacconi ve grubu 1962’de roket yollayarak X-ışını astrofiziğini başlattı.

• Sco-X1: Güneş sistemi dışında ilk X-ışını kaynağı.

• 2002 Nobel ödülü

Page 10: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 11: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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

Page 12: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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

Page 13: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Roche Potansiyeli

Page 14: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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

Page 15: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 16: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 17: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Roche Lobe Taşması

Page 18: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Kütle Aktarım Diski

• Düşen madde tıkız nesneyi ıskalar ve disk oluşturmak üzere diffüze olur.

Page 19: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Neden X-ışını Çıkar

• Nötron yıldızı üzerine kütle düşüyor.• Düşen kütlenin gravitasyonel enerjisi

ışımaya dönüşüyor.

Nötron yıldızı için

Nükleer tepkimeler için verimlilik binde 7.

Durgun kütlenin %20 verimle ışımaya dönüşüyor!

Page 20: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 21: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 22: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Cygnus X-1

Page 23: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

GRS 1915+105

Page 24: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

GRO J1655-40

Page 25: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Cen X-3

Page 26: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

X-Ray Pulsar

Page 27: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 28: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Accretion Disk

2/1

3

r

GM=

Page 29: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Yıldız yapısı: Hidrostatik Denge

Her yarıçapta Pgrav=Pthermal

Üstteki kütle arttıkça sıcaklık artmalı ki basınç dengesi devam edebilsin.

Merkeze gittikçe sıcaklık artar.

Page 30: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

• Nükleon başına bağlanma enerjisi (MeV) atomik kütle biriminin fonksiyon olarak.

Page 31: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Yıldızların yaşamı

Page 32: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 33: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 34: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 35: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Beyaz Cüceler

• Güneş sistemi civarındaki yıldızların kütlesel olarak %15’i beyaz cüce formundadır.

Page 36: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Beyaz Cüceler

• M4 yıldız kümesindeki beyaz cüceler.

• Güneş kütlesinde Dünya hacminde.

Page 37: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Dejenere Madde

• Beyaz cüceleri gravitasyonel çökmeye karşı elektron dejenerasyon basıncı korur.

Page 38: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Süpernova 87A

Page 39: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Crab Nebulası

Patlama 1054’te Çin’li astronomlarca kayda geçirildi.

Merkezinde bir radyo pulsarı var.

Page 40: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Radyo Pulsarları 1967’de keşfedildi

Page 41: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği
Page 42: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Nötron Yıldızları

Nötron yıldızı 10 km yarıçapında. Nötronların dejenerasyon basıncı ile gravitasyonel çökmeye karşı durur.

Page 43: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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.

Page 44: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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)

Page 45: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Crab SNR• Crab

Supernova remnant - three colour image with X-ray in blue, optical in green, and radio in red. (Image courtesy CHANDRA)

Page 46: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Crab Nebula

Page 47: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

http://www.spacephysics.eu/html/Binary%20Pulsars.htm

Pulsar Çiftleri

Page 48: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Uzay-zamanın Titreşimleri: Gravitasyonel Dalgalar

Page 49: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Genel göreceliğin yörünge küçülmesi ile öngörüsününPSR 1913+16 çifti için gözlemlekarşılaştırılması.Hulse & Taylor 1974

Page 50: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

1993 Nobel ödülü

Page 51: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Lattimer & Prakash

Page 52: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Lattimer & Prakash

Page 53: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Compact Object Observed Masses

Page 54: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

BHC=BH candidates

Page 55: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Thermonuclear Burst

X-ray bursts from EXO 2030+375 as seen withEXOSAT.Interpretation: Thermonuclear explosions on NSsurface.

Page 56: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

GRB distribution on the sky for bursts observed with BATSE

Page 57: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

Schematic representations of the different stages in the evolution of a GRB.

Page 58: Yüksek Enerji Astrofiziği Tıkız Nesnelerin Astrofiziği

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


Recommended