Magnetarların x-ışın spektrumları: Modeller ve uygulamalar
X-ray spectra of magnetars: Models and applications
Yazar: TOLGA GÜVER
Danışman: PROF. DR. FERYAL ÖZEL ; PROF. DR. M. TÜRKER ÖZKAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Astronomi ve Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences
Dizin: Nötron yıldızları = Neutron stars ; Spektral analiz = Spectral analysis

Özet:
Anormal X-ışın Pulsarları (AXP) ve Yumuşak Gama-ışın Yineleyicileri (YGY), gösterdikleri yüksek enerjili patlamalar, nispeten yavaş dönmeleri ve dönmelerindeki hızlı yavaşlama sebebiyle, evrendeki en yüksek manyetik alan şiddetlerini (10^14-15 Gauss) barındırdıkları düşünülen genç ve izole nötron yıldızlarıdır. Ancak bugüne kadar kaynakların yüzey manyetik alan şiddetleri direkt olarak ölçülememiştir. Yüksek yüzey manyetik alan şiddetinin, nötron yıldızlarının hem yüzey ışınımını hem de manyetosferinin yapısını önemli ölçüde etkilemesi ve kaynakların X-ışın spektrumlarında, manyetik alanın ihmal edilmesi durumuna göre belirgin farklara yol açması beklenmektedir. Yüksek manyetik alanın, gerek yüzey ışınımlarına ve gerekse bu yıldızların manyetosferlerine etkisi ayrı ayrı çalışılmalarına rağmen, iki etki birlikte daha önce çalışılmamış ve bu nötron yıldızlarının X-ışın spektrumları fiziksel modeller kapsamında incelenememiştir. Bu tezde, kaynakların X-ışın spektrumlarının fiziksel modeller çerçevesinde açıklanabilmesi ve fiziksel parametrelerinin belirlenebilmesi amacıyla, Özel (2001, 2003) ve Lyutikov ve Gavriil (2006) tarafından sunulan iki ayrı model temel alınarak Yüzey Isısal Işınım ve Manyetosferik Saçılma (YIIMS) modeli geliştirilmiştir. Bu model kullanılarak, magnetar'lar olarak da adlandırılan yüksek manyetik alanlı 9 nötron yıldızının farklı zamanlarda ve farklı gözlem uyduları ile alınmış 54 X-ışın spektrumuna uygulanmış ve kaynakların yüzey manyetik alan şiddetleri, yüzey sıcaklıkları ve manyetosferlerindeki optik derinlik ile manyetosferlerindeki yüklü parçacıkların hızlarının bulunmasını sağlamıştır. Bu bilgiler ışığında kaynakların doğaları anlaşılmaya çalışılmıştır. Buna ek olarak kaynakların arşivlerdeki tüm gözlemleri analiz edilerek model parametrelerinin her bir kaynak için zamansal değişimleri de incelenmiştir.Sonuç olarak, geliştirilen YIIMS modeli, günümüz X-ışın uyduları (Chandra ve XMM-Newton) arşivlerindeki tüm magnetar gözlemlerine uygulanmış ve modelin kaynakların X-ışın spektrumlarını başarıyla açıklayabildiği görülmüştür. Elde edilen sonuçlar, kaynakların yüzey manyetik alan şiddetlerinin teori ile öngörüldüğü gibi, ~2 ? 6 x 10^14 Gauss mertebesinde olduğunu göstermiştir.

Abstract:
Anomalous X-ray Pulsars (AXP) and Soft Gamma Repeaters (SGR) are young and isolated neutron stars that are believed to harbour the strongest magnetic fields (10^14-15 Gauss) in the universe, as indicated by their energetic bursts, relatively slow spin and their rapid spindowns. However, a direct measurement of their surface field strengths has not been made todate. It is expected that strong surface magnetic fields have important effects on both the surface emission of neutron stars and their magnetospheres, which creates strong deviations from a zero field strenght assumption. Although the effects of strong surface magnetic field strenghts on the surface emission of neutron stars and on the structure of their magnetospheres have been studied, both effects have not been investigated together todate and X-ray spectra of these neutron stars have not been analysed within the framework of a model with physical assumptions. In this thesis, with an aim of analysing the X-ray spectra of these sources with physical models, Surface Thermal Emisson and Magnetospheric Scattering (STEMS) model have been developed, beased on two physical models calculated by Özel (2001, 2003) and Lyutikov and Gavriil (2006). Using the model, 54 X-ray spectra of 9 magnetars, neutron stars with strong magnetic fields, that are obtained in different dates with different satellites, have been analysed and the surface magnetic field strength, surface temperature as well as the optical depth and the velocity of charged particles in the magnetosphere of these sources have been inferred. In the light of the analysis, nature of these sources have been studied. In addition, by an analysis of all the archival X-ray observations, the changes of these parameters have also been investigated.As a result, STEMS model have been applied to all the archival observations, obtained by recent X-ray observatories (Chandra and XMM-Newton), of magnetars and the STEMS model could very well fit the X-ray spectra. Inferred results further show that the surface magnetic field strengths of these sources are in the order of ~2 ? 6 x 10^14 Gauss as predicted by the theory.