Karadelik X-ışın çiflerinin ışıma özellikleri ve geometrisinin patlama döngüsünde incelenmesi

Yıldızlar başlangıç kütlelerine bağlı olarak milyonlarca yıldan milyarlarca yıla kadar yaşayabilmektedirler. Bu kütle aynı zamanda, yıldızın çekirdeğindeki yakıt bittiğinde evrimsel süreçte yer alan bir sonraki adımı tanımlar. 20 Güneş kütlesinden daha büyük yıldızların çekirdeği bir karadeliğe çöker. Bu cisim herhangi bir ışınım üretmez ancak eğer bir çift yıldız sisteminde ise, kütleçekimi sebebiyle bileşen yıldız karadeliğin üzerine aktarım yapabilir. Aktarılan maddenin sahip olduğu açısal momentum maddenin direkt olarak karadeliğe düşmesini engeller ve karadeliğin etrafında bir disk oluşur. Aktarım diskinden gelen ışınım teleskop ve detektörler tarafından gözlenebilir. Diskten yayılan 1-3 keV civarındaki fotonlar, Compton mekanizması ile plazmadaki rölativistik elektronlar ile çarpışarak sert X-ışınları dediğimiz 200 keV'e kadar çıkabilen enerjilere ulaşırlar. Buna ek olarak diskteki madde, karadeliğe yakın bir bölgede, ergosferden kaynaklandığı düşünülen manyetik alan vasıtası ile fırlatılır. Bu atılan madde radyo ve yakın kızılötesi bölgesinde jetler olarak gözlemlenir. Bu olgu histeresis benzeri bir döngüde kendini tekrarla eğilimine sahiptir. Bu aynı zamanda patlama döngüsü olarak da adlandırılır ve sertlik-parlaklık diyagramında bu döngünün farklı fazları gösterilir. Karadelik X-ışın çiftlerinin uzun dönem gözlemleri, kaynakların tayfsal ve zamansal özelliklerindeki büyük değişimlerin baskın geldiği bir sınıflama meydana getirmektedir. Bu sınıflamaya göre, karadelik X-ışın çiftleri zamanlarının çoğunu sakin evre olarak adlandırılan düşük bir akı seviyesinde geçirmektedir. Patlamayı takip eden ilk zamanda, sistem sert evreye geçiş yapar yani spektrumu sertleşir ve zamansal değişimler artar. Ayrıca kompakt jetler de bu evrede gözlenir. Madde radyal olarak içeri hareket etmesi arttıkça ışıma gücü artar ve zamansal dalgalanma azalır. Bu evre yumuşak evre olarak adlandırılır ve disk rüzgârları da bu evrede görülür. Patlama döneminin sonlarında, madde aktarım oranı disk buharlaşma oranının altına düşer ve kaynak yavaşça sakin evreye geri döner. Bu dönemlere ek olarak kendine özgü gözlemsel izler taşıyan ara geçiş evreleri de bulunmaktadır. Maalesef, patlama döngüsünün farklı evrelerinde karadelik X-ışın çiftelerinin tüm davranışlarını açıklayan evrensel bir teorik model bulunmamaktadır. Bazı modeller genel görelilik etkilerini hesaba katarken, diğer modeller dönem geçişlerini açıklamak için madde aktarım miktarı ile disk-korona arasındaki dinamo süreçlerini kullanmışlardır. Bu modellerin doğru biçimde yorumlanıp gözlemsel veriler ile sınanması, geçiş dönemlerinde görülen olguları anlamak açısından önem taşımaktadır. Örneğin, jetler sert ve orta-sert evrelerde birkaç saatten birkaç aya kadar süren zaman ölçeğinde gözlenen olaylardır. Bu olgunun arkasında yatan mekanizma hâlâ tartışma konusu olmasına rağmen, çoklu-dalgaboyu gözlemleri, disk ve jet ışıması arasında güçlü bir ilişki vermektedir. X-ışını ve radyo dalga boyu arasındaki bu doğrusal olmayan ilişkinin başlangıçta tek ve basit olduğu düşünülürdü. Ancak kaynak sayısının artmasıyla, "aykırı" kaynak olarak adlandırılan birçok karadeliğin daha dikey bir yol izlediği görüldü. Bu tuhaf davranışı açıklamak üzere birkaç model ortaya atılmıştır. Bunların arasında öne çıkan hipotezlerden birisi, patlama döneminin sonunda, korona ve karadelik arasında daha soğuk ve zayıf bir iç diskin yeniden oluştuğu ve gözlenen fazladan X-ışın akısı veren, yoğuşma diski modelidir. Bu modele göre, sert dönemin ortalarında, Ṁ azaldıkça disk artık yeniden yoğunlaşamaz ve dağılır. Belirli bir akı değerinin altına düştükten sonra ana kola katılan aykırı kaynakların bu süreçten geçtiği düşünülmektedir. Bu hipotez, iç diskin oluşabilmesi için koronanın geri çekilmesini gerektirdiğinden sistemin geometrisi anlaşılarak test edilebilir. Bu bağlamda tezin ilk bölümünde hem normal hem de aykırı kaynakların güç spekturumu PROPFLUC adlı program ile modellenerek bu hipotezin test edilmesi hedeflenmiştir. Presesyon yapan koronada ilerleyen çalkantılar fikrinin uygulandığı bu modelde zamansal analiz ile koronanın iç ve dış yarıçapının belirlenmektedir. Bu da disk ve koronanın parlama ve sönüm dönemlerinde nasıl davrandıklarına karşı bize fikir verebilmektedir. Bu presesyonun, dönme ekseni ile disk ekseni arasında belirli bir açı bulunan kaynaklarda görelilik etkileri sebebiyle gerçekleştiği düşünülmektedir. Yukarıda da belirtildiği üzere sönüm dönemi boyunca koronanın iç yarıçapı büyüyerek evriliyorsa bir iç disk oluştuğuna delâlet eder. Tez kapsamında, 1998-2011 yılları arasında çeşitli patlamalar göstermiş 4 kaynak, sert ve orta-sert dönemlerinde incelenmiştir. Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) uydusundan elde edilen ham veriler, NASA-HEASARC'nin prosedürlerine uygun biçimde çeşitli programlar yardımı ile indirgenmiştir. Daha sonra IDL ve XSPEC programları ile analiz edilen bu gözlemlerin sonuçları yorumlanmıştır. Elde edilen ilk bulgular, aykırı kaynakların geometrilerinde ciddi bir farklılık olmadığına işaret etse de, çoklu Lorentzyen modeli ile elde edilen karekök ortalama (etkin değer) genliği (root-mean-square amplitude, rms), bu kaynaklarda eğilimin aniden değiştiğini göstermektedir. Literatürde, geçiş dönemlerini gözlemsel olarak sınıflandıran 2 ayrı model mevcuttur. Bunlardan ilki, Belloni ve diğ. 2010 makalesinde belirtildiği üzere hem tayfsal hem de zamansal değişimleri birlikte göz önüne alarak yapılan sınıflandırmadır. Bir diğer sınıflandırma da Kalemci ve diğ. 2013 makalesinde gösterildiği üzere yukarıda belirtilen özelliklere ek olarak çoklu dalgaboyu gözlemleri kullanılarak yapılmıştır. Patlama çevriminde sert dönemden yumuşak döneme geçiş, yumuşak dönemden sert döneme geçişe oranla daha yüksek parlaklık seviyelerinde gerçekleşmektedir. Bu ve benzeri farklılıkların nedenlerini araştırmak amacıyla tezin ikinci bölümü karadeliklerin tayfsal ve zamansal analizleri yapılarak yukarda belirtilen sınıflandırma modellerine göre parlaklık dağılımının elde edilip incelenmesi hedeflenmiştir. Geçiş dönemlerinde etkili olan parametrelerin bulunmasının, histeresis etkisinin anlaşılması açısından önemli yer taşıdığı düşünülmektedir. Bu bağlamda, 12 karadelik kaynağı 20 farklı patlama dönemlerinde incelenip yukarıda belirtilen programlar yardımı ile analiz edilmiştir. Tayfsal analizde tbabs*smedge*(powerlaw+diskbb) modeli esas alınmıştır. Buna ek olarak yaklaşık 6.4 keV civarında gözüken demir soğurma çizgisi için Gauss ve yüksek enerjide güç kanunu tayfındaki kırılmayı daha iyi modelleyebilen yüksek enerjide kesilim (high energy cutoff) modelleri de çeşitli TCL kodları yazılarak kontrol edilmiştir. F-testi ile sınanan ek modeller arasında şans eseri gerçekleşme olasılığı %0.5 den daha düşük olan durumlar analiz için kullanılmıştır. Zamansal analizde ise çoklu Lorentzyen modeli kullanılmıştır. Bu modelde periyodiğimsi salınımlar (Quasi-periodic oscillation\QPO) ve geniş frekans aralığına yayılmış gürültü sırası ile dar ve geniş Lorentzyenlere karşılık gelmektedir. Elde edilen ilk sonuçlara göre, sert döneme geçiş sırasında Eddington aydınlatma gücü nün %3 u civarında güç kanunu akısında, bir kümeleşme olduğu gözlemlenmiştir. Benzer şekilde sert orta dönem ve yumuşak orta dönem e geçişlerdede disk ve güç kanunu akılarında çeşitli kümeleşmeler olduğu saptanmıştır.