Fotoğraf kredisi: NASA
Gökbilimciler, Evrendeki en güçlü patlamalar olan gama ışını patlamalarının, Evrendeki en enerjik parçacıklar olan ultra yüksek enerjili kozmik ışınlar üretebileceğine inanıyorlar. NASA'nın yörüngesindeki Compton Gama Işını Gözlemevi tarafından toplanan kanıtlar, bir gama ışını patlamasının bir örneğinde, bu yüksek enerjili parçacıkların aralarında bağlantı sağlayan alana egemen olduğunu gösterdi, ancak bu, kesin olarak bağlantılı olduklarını söylemek için yeterli kanıt değil .
NASA'nın Compton Gama Işını Gözlemevi'nden yapılan gözlemlerin yeni bir analizine göre, evrendeki en güçlü patlamalar olan gama ışını patlamaları, ultra yüksek enerjili kozmik ışınlar (UHECR'ler) olarak bilinen evrendeki en enerjik parçacıkları üretebilir.
Araştırmacılar, 14 Ağustos Nature dergisinde, saçın ışık hızının genişliği içinde hareket eden protonlar tarafından açıklanabilen bu gizemli patlamalardan gelen ışıkta yeni tanımlanmış bir desen rapor ediyorlar.
Bir patlamadaki şarapnel gibi bu protonlar UHECR olabilir. Bu tür kozmik ışınlar nadirdir ve görünüşe göre fiziksel açıklamaya meydan okuyan astrofizikte kalıcı bir gizem oluşturur, çünkü süpernova patlamaları gibi iyi bilinen mekanizmalar tarafından üretilemeyecek kadar enerjiktirler.
New Mexico'daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı baş yazarı Maria Magdalena Gonzalez ve Wisconsin Üniversitesi'nden yüksek lisans öğrencisi, “Kozmik ışınlar nereden geldiklerini‘ unutuyorlar ”, çünkü ışığın aksine, manyetik alanlarla uzayda çırpılıyorlar. “Bu sonuç, kaynaklarında üretildiklerinin kanıtlarını görmek için heyecan verici bir fırsat.”
Gama ışını patlamaları - gizemli bir bilim adamı nihayet çözülmeye başlıyor - bir milyon trilyon güneş kadar parlak bir şekilde parlayabilir ve birçoğu alışılmadık derecede güçlü bir patlayan yıldızdan olabilir. Patlamalar yaygın ancak rastgele ve geçicidir, sadece saniyeler sürer.
Kozmik ışınlar ışık hızına yakın hareket eden atomik parçacıklardır (örneğin elektronlar, protonlar veya nötrinolar). Düşük enerjili kozmik ışınlar, güneş patlamaları ve tipik yıldız patlamaları ile sürekli olarak Dünya'yı bombalar. UHECR'ler, büyük liglerde atılan bir beyzbol enerjisini taşıyan her atom parçacığı, insan yapımı en büyük parçacık hızlandırıcılarında üretilen parçacıklardan yüz milyon kat daha enerjiktir.
Bilim adamları, UHECR'lerin Dünya'ya nispeten yakın bir şekilde üretilmesi gerektiğini, çünkü 100 milyon ışıkyılıdan daha fazla seyahat eden herhangi bir parçacığın bize ulaştığında enerjisinin bir kısmını kaybedeceğini söylüyor. Yine de hiçbir sıradan kozmik ışın kaynağı yerel bir UHECR üretecek kadar güçlü görünmemektedir.
Gonzalez liderliğindeki kağıt özellikle UHECR üretimine değil, bir gama ışını patlamasında görülen yeni bir ışık modeline odaklanıyor. Compton Gözlemevi arşivlerinin derinliklerine inerek (görev 2000'de sona erdi), grup 1994'ten GRB941017 adlı bir gama ışını patlamasının, bu uzay aracı tarafından kaydedilen diğer 2.700-bazı patlamalardan farklı göründüğünü buldu. Bu patlama, muhtemelen on milyar ışıkyılı uzaklıktaki Ok takımyıldızı yönünde yer aldı.
Bilim adamlarının gama ışınları olarak adlandırdığı şey, aslında, gözlerimizin bir gökkuşağıdaki renkler olarak kaydettiği enerjilerden milyon kat daha fazla olan çok çeşitli enerjileri kapsayan fotonlardır (ışık parçacıkları). Gonzalez’in grubu yüksek enerjili gama ışını fotonlarına baktı. Bilim adamları bu tür fotonların patlamaya hakim olduğunu keşfettiler: Ortalama olarak düşük enerjili bileşenden en az üç kat daha güçlülerdi, ancak şaşırtıcı bir şekilde, yaklaşık 100 saniye sonra binlerce kat daha güçlü oldular.
Yani, uydunun dedektörlerine çarpan düşük enerjili fotonların akışı azalmaya başlarken, yüksek enerjili fotonların akışı sabit kaldı. Bulgu, çoğu patlamayı tanımlayan popüler “senkrotron şok modeli” ile tutarsızdır. Peki, yüksek enerjili fotonların bu zenginleşmesini ne açıklayabilir?
Kağıt üzerinde ortak yazar LANL'den Dr. Brenda Dingus, “Bir açıklama, ultra yüksek enerjili kozmik ışınların sorumlu olduğu, ancak tam olarak gördüğümüz enerji desenleriyle gama ışınlarını nasıl oluşturduklarının çok fazla hesaplamaya ihtiyacı olduğudur” dedi. “Bazı teorisyenleri bunu anlamaya çalışırken meşgul edeceğiz.”
Ultra yüksek enerjili elektronların gecikmeli enjeksiyonu, GRB 941017'de gözlemlenen beklenmedik derecede büyük yüksek enerjili gama ışını akışını açıklamak için başka bir yol sağlar. Ancak bu açıklama, standart patlama modelinin revize edilmesini gerektirecektir, diyor ortak yazar Dr. Charles Dermer, Washington'daki ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı'nda teorik bir astrofizikçi. “Her iki durumda da bu sonuç gama ışını patlamalarında meydana gelen yeni bir süreci ortaya çıkarıyor” dedi.
Gama ışını patlamaları Dünya'dan 100 milyon ışıkyılı uzaklıkta ortaya çıkmadı, ancak eonlar boyunca bu tür patlamalar yerel olarak meydana gelmiş olabilir. Öyleyse, Dingus, grubunun GRB 941017'de gördüğü mekanizmanın, bugün gördüğümüz UHECR'leri tedarik edecek kadar yakın, eve yakın kopyalanabileceğini söyledi.
Compton Gözlemevi arşivindeki diğer patlamalar benzer bir desen sergilemiş olabilir, ancak veriler kesin değildir. NASA’nın 2006 yılında piyasaya sürülmesi planlanan Gamma-ray Geniş Alan Uzay Teleskopu (GLAST), daha yüksek enerjili gama ışını fotonlarını çözecek ve bu gizemi çözecek kadar güçlü dedektörlere sahip olacak.
Doğa raporundaki ortak yazarlar arasında Ph.D. Huntsville'deki Alabama Üniversitesi'nden yüksek lisans öğrencisi Yuki Kaneko, Dr. Robert Preece ve Dr. Michael Briggs. Bu araştırma NASA ve Deniz Araştırmaları Ofisi tarafından finanse edildi.
UHECR'ler, şekilde gösterildiği gibi atmosferimize çarptıklarında gözlenir. Çarpışmadan kaynaklanan enerji, özel aletler tarafından tespit edilen milyarlarca atomaltı parçacığın ve ultraviyole ışığın yanıp sönmesinin bir hava duşunu üretir.
Ulusal Bilim Vakfı ve uluslararası işbirlikçiler, Utah'ta Yüksek Çözünürlüklü Sinek Gözü (http://www.cosmic-ray.org/learn.html) ve Arjantin'deki Auger Gözlemevi (http: / /www.auger.org/). Ayrıca NASA, Uluslararası Uzay İstasyonuna Aşırı Evren Uzay Gözlemevi'ni (http://aquila.lbl.gov/EUSO/) yerleştirmek için Avrupa Uzay Ajansı ile birlikte çalışmaktadır. Önerilen OWL misyonu, yörüngeden, Teksas kadar büyük bir bölgeyi görüntüleyerek hava duşlarına doğru bakacaktı.
Bu bilim adamları flaşları kaydeder ve atom altı şarapnel sayımını alır, tek bir parçacığın atmosferik kaskadı yapmak için ne kadar enerjiye ihtiyacı olduğunu hesaplamak için geriye doğru çalışır. 10 ^ 20 elektron volt (eV) veya daha fazla şok edici bir şekle ulaşırlar. (Karşılaştırma için, sarı ışık parçacığındaki enerji 2 eV'dir ve televizyon tüpünüzdeki elektronlar bin elektron volt enerji aralığındadır.)
Bu ultra yüksek enerjili parçacıklar, Einstein'ın özel görelilik teorisinin öngördüğü tuhaf etkileri deneyimliyor. Evrenin uzak bir köşesinden geldiğini gözlemleyebilseydik, yüz milyon ışıkyılı uzaklıkta, sabırlı olmalıyız - yolculuğun tamamlanması yüz milyon yıl sürecek. Bununla birlikte, parçacıklar ile seyahat edebilseydik, bir gözlemci tarafından ölçülen hızlı hareket eden nesnelerin zaman genişlemesi nedeniyle yolculuk bir günden daha kısa bir süre içinde sona erer.
En yüksek enerjili kozmik ışınlar uzak kaynaklardan üretildiyse bile bize ulaşamaz, çünkü büyük patlamadan kalan kozmik mikrodalga fotonları ile çarpışır ve enerji kaybederler. Bu kozmik ışınların kaynakları birkaç yüz milyon ışıkyılı uzaklıkta nispeten bize yakın bulunmalıdır. Gama ışını patlamaları olarak patlayan yıldızlar bu mesafede bulunur, bu nedenle kozmik ışınların yaptığı radyasyon haleleri ile ayırt edilen gama ışını patlama kalıntılarını bulmak için yoğun gözlemsel çabalar devam etmektedir.
Parçacıkların UHECR hızlarına püskürtülmesi için gerekli olan çok az sayıda gök cismi aşırı koşullara sahiptir. Gama ışını patlamaları UHECR'ler üretiyorsa, muhtemelen patlamadan ışık hızına yakın bir yerde çıkan madde jetlerindeki parçacıkları hızlandırarak yaparlar. Gama ışını patlamaları UHECR'leri hızlandırma gücüne sahiptir, ancak şu ana kadar gözlemlenen gama ışını patlamaları uzaktı, milyarlarca ışık yılı uzakta. Bu, UHECR kesme mesafesi içinde yakınlarda olamayacakları anlamına gelmez.
GRB941017 gibi uzun ömürlü gamma ışını patlamaları için önde gelen bir rakip süpernova / çökmüş modeldir. Süpernovalar Güneş'ten çok daha büyük bir yıldızın yakıtı tükettiği zaman meydana gelir ve dış katmanları muazzam bir termonükleer patlamada üflenirken çekirdeğinin kendi yerçekimi altında çökmesine neden olur. Çöken çemberler, çekirdeğin o kadar büyük olduğu özel bir süpernova türüdür, kara deliğe çöker, o kadar yoğun bir nesne, ışık bile değil, kara deliğin olay ufku içindeki çekiminden kaçamaz. Ancak gözlemler, kara deliklerin özensiz yiyiciler olduğunu, olay ufkunun yanından geçen, ancak geçmeyen malzemeyi çıkardığını gösteriyor.
Bir çöküşte, yıldızın çekirdeği, yeni oluşan kara deliğin etrafında, bir kanalın etrafında dönen su gibi bir malzeme diski oluşturur. Kara delik diskin çoğunu tüketir, ancak kara deliğin kutuplarından jetlerle bir miktar madde püskürtülür. Jetler, çökmekte olan yıldızdan ışık hızına yakın bir yerde yırtılır ve daha sonra kıyamet yıldızını çevreleyen gazdan geçer. Jetler yıldızlararası ortama çöktükçe şok dalgaları oluşturur ve yavaşlarlar. İç şoklar ayrıca ön kenarları yavaşladıkça ve yüksek hızda bir madde akışı ile arkadan çarpıldığı için jetlerde oluşur. Şoklar gama ışınları üreten parçacıkları hızlandırır; takıma göre, parçacıkları UHECR hızlarına da hızlandırabilirlerdi.
Dingus, “Bu, bir kürek ve bir masa arasında bir pinpon topu atlamak gibi” dedi. “Raketi masaya yaklaştırdıkça top daha hızlı sıçrar. Bir gama ışını patlamasında kürek ve masa, jet içine atılan mermilerdir. Çalkantılı manyetik alanlar, parçacıkları kabuklar arasında sekmeye zorlar ve UHECR'ler olarak kırılmadan önce neredeyse ışık hızına hızlandırır. ”
Gama ışını patlamalarından nötrinoların tespiti, gama ışını patlamalarının kozmik ışın hızlandırmasına neden olur. Nötrinolar, yüksek enerjili protonlar fotonlarla çarpıştığında yapılan zor parçacıklardır. Nötrinoların elektrik yükü yoktur, bu yüzden yine de kaynaklarının yönüne dönün.
Ulusal Bilim Vakfı şu anda Güney Kutbu altındaki buzda bulunan kübik kilometrelik bir dedektör olan IceCube'ü (http://icecube.wisc.edu/) gama ışını patlamalarından nötrino emisyonu aramak için inşa ediyor. Bununla birlikte, doğanın en yüksek enerjili parçacık hızlandırıcılarının özellikleri kalıcı bir gizem olarak kalsa da, gama ışını patlamaları yapan patlayan yıldızların hızlandırması, Mario Vietri (Universita di Roma) ve Eli Waxman (Weizmann Enstitüsü) 1995'te.
Ekip, bu gözlem için başka açıklamaların mümkün olmasına rağmen, sonucun gama ışını patlamalarındaki UHECR hızlandırması ile tutarlı olduğuna inanıyor. GRB941017 patlamasında hem düşük enerjili hem de yüksek enerjili gama ışınlarını gördüler. Düşük enerjili gama ışınları, bilim adamlarının yüksek hızlı elektronların yoğun manyetik alanlar tarafından saptırılmasından bekledikleri şeyken, yüksek enerjili ışınlar, patlamada üretilen UHECR'lerden bazıları diğer fotonlara çarparak, bir parçacık duşu yaratırsa beklenen şeydir. Bazıları çürük olduklarında yüksek enerjili gama ışınlarını üretmek için yanıp söner.
Gama ışını emisyonunun zamanlaması da önemlidir. Düşük enerjili gama ışınları nispeten hızlı bir şekilde kaybolurken, yüksek enerjili gama ışınları azaldı. İki farklı parçacık sınıfı - elektronlar ve UHECR'lerin protonları - farklı gama ışınlarından sorumluysa bu mantıklıdır. “Elektronlar için protonların enerjilerini yayması çok daha kolay. Bu nedenle, elektronlardan düşük enerjili gama ışınlarının emisyonu, protonlardan gelen yüksek enerjili gama ışınlarından daha kısa olacaktır ”dedi.
Compton Gama Işını Gözlemevi, NASA'nın Büyük Gözlemevlerinin ikincisi ve Hubble Uzay Teleskobu ve Chandra X-ışını Gözlemevi'ne eşdeğer gama ışınıydı. Compton, Uzay Mekiği Atlantis'te Nisan 1991'de fırlatıldı ve 17 tonda, o zamana kadar gelmiş en büyük astrofiziksel yük oldu. Öncü görevinin sonunda Compton, 4 Haziran 2000'de dünya atmosferine geri alındı ve yeniden dünyaya girdi.
Orijinal Kaynak: NASA Haber Bülteni
