Uzayın Derinliklerinden Gelen Gizemli Sinyal: Gamasız Nötrino Seli
Uzak bir galaksiden gelen güçlü nötrinolar şaşırtıcı bir kökene işaret ediyor: Bir kara deliğin yakınındaki UV ışığı tarafından parçalanan helyum atomları, kozmik jetler hakkında bildiğimizi düşündüğümüz şeyleri yeniden şekillendiriyor.
Derin uzayda, güçlü nötrinolar tipik olarak gama ışını patlamalarıyla birlikte bulunur. Ancak NGC 1068 galaksisi farklı davranıyor – şaşırtıcı derecede az gama radyasyonu ile güçlü bir nötrino akışı gönderiyor ve bilim insanlarını kozmik bir gizemle baş başa bırakıyor.
Yeni bir çalışma cesur bir açıklama sunuyor: galaksinin jetindeki helyum atomları, merkezinin yakınında yoğun morötesi ışıkla çarpışıyor. Bu çarpışmalar atomları parçalayarak, fazla gama ışını yaymadan nötrinolara dönüşen nötronları serbest bırakıyor.
Bu keşif, NGC 1068’deki ve hatta kendi galaksimizdeki gibi süper kütleli kara deliklerin yakınındaki aşırı koşullara yeni bir ışık tutuyor. Aynı zamanda radyasyon ve atom altı parçacıkların nasıl etkileşime girdiğine dair anlayışımızı derinleştirerek bilim ve teknolojide gelecekteki atılımların önünü açabilir.
Spiral galaksi NGC 1068’in Hubble görüntüsü. Kredi: NASA / ESA / A. van der Hoeven
Mürekkep Balığı Galaksisindeki Nötrino Gizemi
Antarktika buzunun derinliklerinde olağanüstü bir bilimsel araç yatıyor: “göz” gibi hareket eden binlerce sensör, evrenin en zor parçacıklarından biri olan nötrinoyu tespit edebiliyor. Yakın zamanda bu sensörler beklenmedik bir şey tespit etti. Kalamar Galaksisi olarak da bilinen NGC 1068 adlı uzak bir galakside, bilim insanları alışılmadık derecede güçlü bir nötrino patlaması tespit ettiler. Ancak bu keşfi bu kadar şaşırtıcı kılan şey, normalde enerjik nötrinoların yanında görünen çok az gama ışını radyasyonuyla birlikte gelmesidir.
Sensörler, Antarktika’da bir kilometreküp temiz buzun içine gömülü devasa bir deney olan IceCube Nötrino Gözlemevi’ne ait. Şimdi UCLA, Osaka Üniversitesi ve Tokyo Üniversitesi Kavli Enstitüsü’nden teorik fizikçilerden oluşan bir ekip yeni ve cesur bir fikir öneriyor. NGC 1068’den gelen nötrinoların beklenenden tamamen farklı bir şekilde üretilebileceğine ve parçacık astrofiziğinde heyecan verici yeni bir sayfa açabileceğine inanıyorlar.
Nötrinoları Bu Kadar Zor Kılan Nedir?
Nötrinolar madde ile çok az etkileşime giren küçük atomaltı parçacıklardır. Elektronlar gibi diğer parçacıkların aksine nötrinolar gezegenlerin, yıldızların ve hatta kendi bedenlerimizin içinden iz bırakmadan geçebilirler. Tespit edilmelerini bu kadar zorlaştıran da budur. IceCube’ün 5.160 sensörü, bir nötrinonun buzla etkileşime girdiği ve tespit edilebilir bir iz bırakan yüklü bir parçacık oluşturduğu nadir anları yakalamak için inşa edildi.
UCLA’da fizik ve astronomi profesörü ve Kavli IPMU’da kıdemli araştırmacı olan Alexander 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 bu da Güney Kutbu’nda sahip olduğumuz teleskop.”
Samanyolu’nun altındaki IceCube Laboratuvarı. Kredi: Martin Wolf, IceCube/NSF
NGC 1068’den Beklenmedik Veriler
IceCube nötrino teleskobu, NGC 1068’den gelen çok enerjik nötrinoları zayıf bir gama ışını akısı ile birlikte tespit etti ve bu nötrinoların daha önce düşünülenden farklı bir şekilde üretilmiş olabileceğini ima etti. NGC 1068 verileri kafa karıştırıcıdır, çünkü tipik olarak aktif galaktik merkezlerden gelen enerjik nötrinoların protonlar ve fotonlar arasındaki etkileşimlerden kaynaklandığı ve benzer yoğunlukta gama ışınları ürettiği düşünülmektedir. Bu nedenle, enerjik nötrinolar genellikle enerjik gama ışınlarıyla eşleştirilir.
NGC 1068’in gama ışını emisyonu beklenenden önemli ölçüde daha düşüktür ve belirgin bir şekilde farklı bir spektral şekil gösterir. Proton-foton çarpışmalarına ve galaksinin “korona” olarak bilinen sıcak plazma bölgesinden gelen emisyona dayalı olanlar da dahil olmak üzere geleneksel modeller, bu tür nötrino sinyallerini açıklamak için yaygın olarak kullanılmıştır, ancak teorik sınırlamalarla karşılaşmışlar ve yeni bir açıklama arayışını teşvik etmişlerdir.
Radikal Yeni Bir Nötrino Teorisi Ortaya Çıkıyor
Physical Review Letters’da yayınlanan yeni bir makalede Kusenko ve meslektaşları, NGC 1068’den gelen yüksek enerjili nötrinoların öncelikle galaksinin jetindeki helyum çekirdeklerinin yoğun ultraviyole radyasyon altında parçalanmasıyla nötronların bozunmasından kaynaklandığını öne sürüyor. 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 bozunmalar 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 açıklar ve hem nötrinolarda hem de gama ışınlarında gözlemlenen farklı enerji spektrumunu açıklar.
Süper Kütleli Kara Deliklerin Sırlarını Çözmek
Bu buluş, bilim insanlarının aktif galaksilerdeki kozmik jetlerin karşılık gelen bir gama ışını parıltısı olmadan nasıl güçlü nötrinolar yayabildiğini anlamalarına yardımcı oluyor ve kendi galaksimizin merkezindeki de dahil olmak üzere süper kütleli kara delikleri çevreleyen aşırı, karmaşık koşullara yeni bir ışık tutuyor.
Kusenko, “NGC1068’in galaktik merkezinin yakınındaki merkezi, uç bölge hakkında çok fazla şey bilmiyoruz” dedi. “Senaryomuz doğrulanırsa, bu bize galaksinin merkezindeki süper kütleli kara deliğin yakınındaki ortam hakkında bir şeyler söyleyecektir.”
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 nötrinolara dönüşerek parçalanır ya da bozunur.
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 nötrinolar oluşturmak için ek bir yolu vardır. Dolayısıyla NGC 1068’den gözlemlediğimiz nötrinoların en olası kaynağı helyumdur.”
Zayıf Sinyaller, Büyük Açıklamalar
Çalışma, zayıf gama ışını imzaları nedeniyle sinyalleri daha önce fark edilmemiş olabilecek gizli astrofiziksel nötrino kaynaklarının varlığını ortaya koyuyor.
“Bu fikir geleneksel korona modellerinin ötesinde yeni bir bakış açısı sunuyor. NGC 1068 evrendeki birçok benzer galaksiden sadece biridir ve gelecekte bu galaksilerden yapılacak nötrino tespitleri teorimizin test edilmesine ve bu gizemli parçacıkların kökeninin ortaya çıkarılmasına yardımcı olacaktır” dedi.
NGC 1068 gibi bizim galaksimizin merkezinde de süper kütleli bir kara delik vardır ve burada akıl almaz derecede büyük bir çekim gücü ve enerji atomları tam anlamıyla parçalara ayırır ve nötrino keşfi bizim galaksimiz için de geçerlidir. 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 yöneltme eğilimindedir.
Yararsız Keşiften Küresel Teknolojiye
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, büyük miktarda veriyi laboratuarlar arasında taşımak zorunda olan fizikçiler tarafından geliştirilen bir ağ olarak ortaya çıkan World Wide Web’i 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 astronomisi 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