Kara Delik, Uzay Boşluğunda Hayalet Parçacıklar Saçtı
Büyük bir Antarktika gözlemevi tarafından tespit edilen gizemli bir nötrino akışı, bilim insanlarının bu zor parçacıkların uzak galaksilerde nasıl oluştuğu hakkında bildiklerini düşündüklerini yeniden yazıyor.
NGC 1068 galaksisi, beklendiği gibi nötrinolarının yanı sıra güçlü gama ışınları yaymak yerine, garip bir uyumsuzluk ortaya koyuyor.
Kozmik Mürekkep Balığından Beklenmedik Nötrino İpuçları
Uluslararası bilim insanlarından oluşan bir ekip, Mürekkep Balığı Galaksisi olarak adlandırılan bir galaksi ve Antarktika buzunun derinliklerine gömülü devasa bir dedektör sayesinde şaşırtıcı bir kozmik gizemi ortaya çıkardı. Araştırmaları, nötrino adı verilen hayalet benzeri parçacıkların evrende doğmasının yepyeni bir yolunu ortaya çıkarabilir.
Bu keşfin anahtarı, yaklaşık 47 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan bir galaksi olan NGC 1068’in olağandışı gözlemlerinden geliyor. Orada bilim insanları güçlü bir nötrino akışı tespit ettiler; ancak şaşırtıcı bir şekilde, eşlik eden gama ışınları beklenenden çok daha zayıftı. Bu garip uyumsuzluk, uzayda yüksek enerjili parçacıkların nasıl oluştuğuna dair uzun süredir var olan fikirlere meydan okuyor.
Sinyaller, bir kilometreküp kristal berraklığındaki Antarktika buzu içinde donmuş devasa bir dedektör ağı olan IceCube Nötrino Gözlemevi tarafından yakalandı. Bu dedektörler, nötrinolar madde ile etkileşime girdiğinde ortaya çıkan nadir ışık parıltılarını tespit etmek için tasarlanmış olup, uzak kozmik olayları gözlemlemek için yeni bir yol sunmaktadır.
UCLA, Osaka Üniversitesi ve Japonya’daki Kavli Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü gibi kurumlardan araştırmacılar, Mürekkep Balığı Galaksisi’nin daha önce bilinmeyen bir yolla nötrino üretiyor olabileceğine inanıyor; bu yol standart modellere uymuyor.
Gama Işını Boşluğu Mevcut Modellere Meydan Okuyor
Tipik olarak, NGC 1068 gibi galaksilerden gelen enerjik nötrinoların, yüksek hızlı protonların hafif parçacıklarla (fotonlar) çarpışması sonucu oluştuğu düşünülür. Bu şiddetli etkileşimler aynı zamanda güçlü gama ışını emisyonları da üretmelidir. Ancak bilim insanlarının burada bulduğu şey bu değil.
Bunun yerine, NGC 1068’in gama ışını sinyali zayıftı ve alışılmadık bir şekilde şekillendi, bu da olağan proton-foton çarpışmalarının gerçekleşip gerçekleşmediği konusunda soruları gündeme getirdi. Galaksinin “korona” adı verilen yanan sıcak merkezi bölgesini de içeren mevcut teoriler, garip verileri tam olarak açıklayamıyor.
Araştırmacılar bu galaksinin kalbinin yakınında gerçekte neler olduğunu ortaya çıkarmak için yarışırken, bu durum astrofizik camiasında heyecan yarattı. Eğer doğrulanırsa, bulgular süper kütleli kara deliklerin etrafındaki aşırı ortamlar ve evrenin en gizemli parçacıklarından bazılarını nasıl yarattığı hakkında bildiklerimizi yeniden yazabilir.
Çekirdeklerin fotolizi ile üretilen nötronların bozunmasıyla nötrinoların nasıl üretildiğinin şematik diyagramı. Kredi: Yasuda ve ark.
Nötrino Yaratımı için Yeni Bir Rota
Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makalede araştırmacılar, NGC 1068’den gelen yüksek enerjili nötrinoların öncelikle galaksinin jetindeki helyum çekirdeklerinin yoğun morötesi radyasyon altında parçalanmasıyla nötronların bozunmasından kaynaklandığını öne sürüyorlar. Bu helyum çekirdekleri galaksinin merkezi bölgesinden yayılan morötesi fotonlarla çarpıştığında parçalanarak nötronları serbest bırakır ve daha sonra nötrinolara dönüşürler. Ortaya çıkan nötrinoların enerjileri gözlemlerle uyuşmaktadır.
Ek olarak, bu nükleer bozunumlar tarafından üretilen elektronlar çevredeki radyasyon alanlarıyla etkileşime girerek gözlemlenen düşük yoğunlukla tutarlı gama ışınları oluşturur. Bu senaryo, nötrino sinyalinin gama ışını emisyonunu neden önemli ölçüde gölgede bıraktığını zarif bir şekilde açıklıyor ve hem nötrinolarda hem de gama ışınlarında gözlemlenen farklı enerji spektrumunu açıklıyor.
Kara Delik Jetlerinin İçine Bakmak
Bu buluş, bilim insanlarının aktif galaksilerdeki kozmik jetlerin gama ışını parıltısı olmadan nasıl güçlü nötrinolar yayabildiğini anlamalarına yardımcı olarak, kendi galaksimizin merkezindeki de dahil olmak üzere süper kütleli kara delikleri çevreleyen aşırı, karmaşık koşullara yeni bir ışık tutuyor.
Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi’nde (UCLA) Fizik ve Astronomi Profesörü ve Kavli IPMU’da Kıdemli Araştırmacı olan ortak yazar Alexander Kusenko, “NGC1068’in galaktik merkezine yakın merkezi, aşırı bölge hakkında çok fazla şey bilmiyoruz” dedi. “Senaryomuz doğrulanırsa, bu bize galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin yakınındaki ortam hakkında bir şeyler söyleyecektir.”
Ayrıca, zayıf gama ışını imzaları nedeniyle sinyalleri daha önce fark edilmemiş olabilecek “gizli” astrofiziksel nötrino kaynaklarının varlığını doğrulamaktadır.
Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi. Kredi: Felipe Pedreros/IceCube ve Ulusal Bilim Vakfı
IceCube Gözlemevi Nötrinoları Nasıl Avlıyor
Nötrinolar, yerçekimiyle çok zayıf etkileşime giren ve maddenin içinden geçebilen atomaltı parçacıklardır. Bu da onları tespit etmeyi elektronlar gibi diğer atomaltı parçacıklardan daha da zorlaştırır. IceCube Nötrino Gözlemevi, nötrinoların buzun içinden geçerken, buzla etkileşime girip yüklü parçacıklar oluşturduklarında üretebilecekleri olayları arayan, şeffaf, sıkıştırılmış Antarktika buzuna gömülü 5.160 sensörden oluşuyor.
Kusenko, “Yıldızlara bakmak için ışık kullanan teleskoplarımız var, ancak bu astrofiziksel sistemlerin çoğu nötrino da yayıyor” dedi. “Nötrinoları görmek için farklı türde bir teleskoba ihtiyacımız var ve Güney Kutbu’nda sahip olduğumuz teleskop da bu.”
Nötrinolar genellikle hızlandırılmış protonlar fotonlarla etkileşime girdiğinde, nötrinonunkine benzer bir enerji gücünde gama radyasyonu yayarak üretilir. Bu nedenle, enerjik nötrinolar genellikle enerjik gama ışınlarıyla eşleştirilir.
Ancak IceCube nötrino teleskobu, NGC 1068’den gelen çok enerjik nötrinoları zayıf bir gama ışını akısı ile birlikte tespit ederek nötrinoların farklı bir şekilde üretilmiş olabileceğine işaret etti.
Yeni makale, bir helyum çekirdeğinin süper kütleli bir kara deliğin jeti içinde hızlanması halinde fotonlara çarparak parçalandığını ve iki protonu ile iki nötronunu uzaya saçtığını öne sürüyor. Protonlar uçup gidebilir, ancak nötronlar kararsızdır ve gama ışını üretmeden parçalanır ya da bozunarak nötrinolara dönüşür.
Araştırmanın ilk yazarı ve UCLA doktora öğrencisi Koichiro Yasuda, “Hidrojen ve helyum uzaydaki en yaygın iki elementtir” dedi. “Ancak hidrojenin yalnızca bir protonu vardır ve bu proton fotonlarla karşılaşırsa, hem nötrinolar hem de güçlü gama ışınları üretecektir. Ancak nötronların gama ışını üretmeyen ek bir nötrino oluşturma yolu vardır. Dolayısıyla NGC 1068’den gözlemlediğimiz nötrinoların en olası kaynağı helyumdur.”
Bu senaryo, NGC 1068 ve bizimki de dahil olmak üzere birçok galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin etrafındaki, akıl almaz derecede büyük yerçekimi ve enerjinin atomları tam anlamıyla parçaladığı aşırı ortamlara ışık tutuyor. Galaktik merkezin anlaşılmasından insan refahındaki gelişmelere kadar düz bir çizgi olması gerekmese de, nötrinolar gibi parçacıkların ve gama ışınları gibi radyasyonun incelenmesi yoluyla elde edilen bilgi, teknolojiyi şaşırtıcı ve dönüştürücü yollara götürme eğilimindedir.
Kusenko, “J.J. Thompson elektronların keşfi nedeniyle 1906 Nobel Fizik Ödülü’nü aldığında, törenin ardından düzenlenen bir yemekte kadeh kaldırarak bunun muhtemelen tarihteki en işe yaramaz keşif olduğunu söyledi” dedi. “Ve elbette, bugün her akıllı telefon, her elektronik cihaz, Thompson’ın yaklaşık 125 yıl önce yaptığı keşfi kullanıyor.”
Kusenko ayrıca parçacık fiziğinin, laboratuvarlar arasında büyük miktarda veri taşıması gereken fizikçiler tarafından geliştirilen bir ağ olarak ortaya çıkan interneti doğurduğunu söyledi. Nükleer manyetik rezonansın keşfinin o zamanlar belirsiz göründüğünü ancak günümüzde tıpta rutin olarak kullanılan manyetik rezonans görüntüleme teknolojisinin gelişmesine yol açtığını belirtti.
Kusenko, “Yeni nötrino astronomi alanının en başında duruyoruz ve NGC 1068’den gelen gizemli nötrinolar yol boyunca çözmemiz gereken bulmacalardan biri” dedi. “Bilime yapılan yatırım, şu anda takdir edemeyeceğiniz, ancak onlarca yıl sonra büyük bir şey üretebilecek bir şey üretecek. Bu uzun vadeli bir yatırımdır ve özel şirketler bizim yaptığımız türden araştırmalara yatırım yapma konusunda isteksizdir. İşte bu yüzden bilime devlet desteği çok önemli ve işte bu yüzden üniversiteler çok önemli.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Kara Delikler Radyo Gökyüzünde Tam Renge Büründüğünde Ne Gibi Sürprizler Bekliyor?