Bilinen en yüksek enerjili fotonların gizemli kaynağı tespit edildi

Michelle Starr

Günümüzden yaklaşık bin yıl önce patlamış olmasına rağmen, Yengeç Bulutsusu hâlâ uzaya şaşırtıcı düzeylerde yüksek enerjiye sahip bir radyasyon yayıyor. Gerçekten de gökbilimciler, bu nesneden uzaya saçılan ve tepe noktasında 450 trilyon elektron volt değerine sahip olan enerji fotonları saptadılar.

Daha önceki çalışmalarda saptanan en yüksek enerji fotonu yalnızca 75 trilyon elektron volt ya da ‘teraelektron volt’ (TeV) idi. Son keşif, gökbilimcilerin ilk defa 100 TeV’den yüksek değere sahip ve ‘gama ışını’ adıyla tanınan yüksek enerjili fotonları tespit ettiğini ortaya koyuyor.

ÇİNLİ VE JAPON BİLİM EKİBİ TESPİT ETTİ

Keşif, Çin ve Japonya’nın Tibet’te birlikte yönettiği bir tesis olan ASgamma’da gerçekleştirildi. 2014 yılında, ‘Cherenkov müon* detektörlerinin’ eklenmesi amacıyla yeraltı suyu yükseltildi; o zamandan beridir, tesiste 100 ve 450 TeV arasında değişen 24 gama ışını tespit edildi.

Tamamlayıcı bir bilgi olarak, Güneş’ten gelen parçacıklar genellikle 1 milyar elektron voltun, yani GeV’in altında bir değere sahipler.

Çin Bilimler Akademisi’nde görevli fizikçi Jing Huang, “Bu, tam anlamıyla ilk ama ileriye doğru atılmış büyük bir adım,” diyor. “Tekniklerimizin doğru çalıştığını ve birkaç TeV’e kadar enerji taşıyan gama ışınlarının gerçekten var olduğunu ispatlıyor.”

Parçacıkların kaynağına dönüldüğünde, doğrudan merkezindeki Yengeç Pulsarı’nda bulunan ölü bir yıldızın nabız atışı gibi uzaya saçılan kalıntılarıyla, bu gama ışınları 6.500 ışık-yılı uzağımızdaki bir süpernova olan Yengeç Bulutsusu’na işaret eder gibi görünüyor.

BİN YILDIR BİLİNEN BİR NEBULADAN GELİYOR

Bu gökcismi, Samanyolu’nda bulunan en tanınmış ölü yıldızlardan biri; çünkü bir süpernova kalıntısının –nebulanın kendisinin- bir süpernovanın tarihsel gözlemlerine dek izlenebildiği ilk bulgu. MS 1054 yılında patlayan ve gün boyunca görülebilecek kadar parlak olan yıldız, Çinli astronomlarca gözlemlenmiş ve kayıtlara geçirilmişti.

Gökbilimciler bunun dışında, nesnenin Dünya’da inşa edebileceğimiz her türlü araçtan çok daha güçlü bir parçacık hızlandırıcı gibi davrandığını da düşünüyorlar. Yeni keşfedilen gama ışını fotonları da bunun bir kanıtı olabilir.

Gökbilimciler, pulsar her 33 milisaniyede bir inanılmaz bir hızla dönerken, petaelectronvolt (PeV) aralığına kadar hızlanan elektronlar da dahil olmak üzere, yüklü parçacıkların, uzaya yıldızın bin trilyon elektron volt değerindeki rüzgârını yaydığına inanıyorlar.

Yeni sonuçlanan araştırmanın aktardığı kadarıyla, bu elektronlar, Evren’e nüfuz eden büyük patlamadan geriye kalan radyasyon olan Kozmik Mikrodalga Arka plan (CMB) radyasyonuyla etkileşime giriyor olabilir. Buna karşılık olarak PeV elektronları, CMB fotonlarını TeV aralığına dek hızlandırarak, onları Evren’in her köşesine ulaşacak biçimde uzaya yayabilir.

İNANILMAZ GÜCE SAHİP BİR HIZLANDIRICI

Yeryüzünde kurulu ‘tevatron’ adındaki parçacık hızlandırıcısı, 1 TeV’e kadar çarpıştırma enerjisine sahip (CERN’deki LHC aracı, 14 TeV gücüne ulaşabiliyor). Yanı sıra, ‘PeV-aralığı’ hızlandırıcısı için kullanılan gayrı resmî isim ise “PeVatron”.

Kozmik gama ışınları Dünya’ya ulaştığında ve atmosfere çarptığında, zararsız parçacıklardan oluşan bir yağmura neden olur. Müon detektörünün algıladığı parçacıklar da işte bunlardır; fizikçiler parçacık yağmurunu inceleyerek, ne tür bir fotonun bu yağmura neden olduğunu ve bunların ne kadar enerji taşıdıklarını ölçebilirler.

Araştırmacılar, bu 24 farklı tespitin neticelerinin, Yengeç Bulutsusu’nun, Samanyolu’nda bulunan en güçlü doğal parçacık hızlandırıcısı olabileceğini gösterdiğini belirtiyorlar.

Bu çalışma, ayrıca yüksek enerjili kozmik parçacıkların ve kaynaklarının nasıl bu denli kuvvetli olduklarına dair anlayışımızı geliştirebilir.

Huang, “Amacımız, henüz keşfedilmemiş ve galaksimizdeki en yüksek enerjili kozmik ışınları üretmesi beklenen çok sayıda Pevatron’u tespit etmek,” diyor.

Araştırmanın detayları, Physical Review Letters adlı dergiye kabul edildi ve arXiv sitesinde yayınlandı.

*Müon, elektrona benzer, -1 e’lik bir elektrik yükü ve ½’lik bir dönüşe (spin), ancak çok daha büyük bir kütleye sahip olan temel bir parçacıktır. Bir ‘lepton’ olarak sınıflandırılır. Diğer leptonlarda olduğu gibi, müon’un herhangi bir alt yapıya sahip olduğuna inanılmamaktadır; yani, daha basit parçacıklardan oluştuğu düşünülmemektedir.

* Yazının aslı Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)