Çok güçlü kozmik bir ışın Dünya’ya çarptı

Dünya atmosferine çarpan kozmik bir ışın, astrofizikçileri şaşkına çevirdi.

Küçük parçacık, 240 exa-elektron volttan, yani 2.4 x 1020 elektron volttan fazla enerji taşıyordu ve 1991 yılında saptanan meşhur, akıllara durgunluk veren 320 exa-elektron voltluk ‘Aman Tanrım parçacığından’ sonra ikinci sıraya yerleşti.

Ama yine de burada bir muamma söz konusu. Tıpkı ‘Aman Tanrım’ parçacığında olduğu gibi, bilim insanları yeni parçacığı da açık bir kaynağa dek takip edemedi.

ABD’deki Utah Üniversitesi’nde fizikçi ve keşfi yapan Teleskop Dizisi işbirliği ekibinin üyesi John Matthews, “Parçacıklarda o denli yüksek bir enerji var ki galaktik ve galaksi dışı manyetik alanlardan etkilenmiyor olmalılar. Gökyüzünde nereden geldiklerini gösterebilmelisiniz” dedi. Matthews sözlerini şöyle sürdürdü:

“Öte yandan, ‘Aman Tanrım parçacığı’ ve bu yeni parçacık söz konusu olduğunda, yörüngesini kaynağına dek izliyorsunuz ve onu yaratacak kadar yüksek bir enerjiye sahip hiçbir şey bulamıyorsunuz. İşte onu gizemli kılan şey bu: Orada neler oluyor?”

KOZMİK IŞINLAR HALEN BİR KOZMİK BİLMECE

Kozmik ışınlar kısmen kozmik bir bilmecedir. Onları bir asrı aşkın süredir saptayabiliyor olsak bile, Evren’de yayılabilecekleri tüm o farklı yollara ilişkin henüz kesin bir fikrimiz yok.

Kozmik ışınlar, temelde, ışık gibi radyasyon değildir; çoğunlukla bir atom çekirdeğine sahip parçacıklardır. Bunun yanı sıra, proton ve elektronlar gibi nükleer altı parçacıklardır ve Evren boyunca olması gerekenden daha fazla güçlü bir şekilde, ışık hızına yakın bir hızda akarlar.

Bilim insanları, onların, süpernovalar ve yıldız çarpışmaları gibi yüksek enerjili koşullar altında oluştuklarını düşünüyor. Güneş de dahil olmak üzere, yıldızlar gibi daha az enerji barındıran kaynaklar daha düşük enerjili kozmik ışınlar üretir; fakat daha güçlü olanları saptamanın da daha zor olduğu kanıtlandı.

Atmosferimiz, bizleri kozmik ışınlardan korur, ki bu gerçekten de harika bir şeydir; her şeye rağmen onları saptamak için fazlasıyla işe yarar yöntemlere sahibiz. Kozmik bir ışın atmosferimize çarptığı zaman, içindeki diğer parçacıklarla çarpışarak Dünya’ya yağan bir parçacık yağmuru yaratır. Bu parçacıkları algılayabilen ve onları üreten kozmik ışın çarpışmasıyla ilişkilendiren gözlemevlerimiz mevcut.

'BUNUN BİR HATA OLMASI GEREKTİĞİNİ DÜŞÜNDÜM'

Bununla birlikte, enerji yüklü kozmik ışınların yarattığı yağmurlar görece geniş bir bölgeye yağar. Bu durum, eğer parçacık olayını herhangi bir doğrulukla tekrar yapılandırmak istiyorsak, fazlasıyla büyük bir alanı kapsamamız gerektiğini gösterir.

Uluslararası işbirliğiyle yürütülen Teleskop Dizisi, 700 kilometrekareye yayılan etkili bir algılama alanını kapsıyor. 27 Mayıs 2021 günü teleskop dizisi bir sinyal saptadı. Teleskop Dizisi işbirliği ekibi, çeşitli hesaplamalar ve analizler gerçekleştirdikten, bunları kontrol ettikten ve tekrar kontrol ettikten sonra, ‘Aman Tanrım’ parçacığının enerji ölçeğinde bir parçacık saptadıkları neticesine ulaştı.

Araştırmaya öncülük eden Osaka Metropolitan Üniversitesi’nden fizikçi Toshihiro Fujii, “Bu aşırı yüksek enerjili kozmik ışını ilk keşfettiğimde, son 30 yıl boyunca benzeri görülmemiş bir enerji düzeyi sergilediği için bunun bir hata olması gerektiğini düşündüm” diye konuştu.

Aman Tanrım parçacığını gözler önüne serenden farklı bir teknik aracılığıyla, gökyüzünün farklı bir bölgesinde yapılan keşif, ender görülse de bu gözlemlerin gerçek astrofiziksel olayları temsil ettiğini ortaya koydu. Aman Tanrım parçacığının saptanması bir tesadüf ya da hata değildi.

İSMİNİ JAPON TANRIÇASINDAN ALDI

Araştırma ekibi, yeni parçacığa güçlü Şinto güneş tanrıçasına atfen ‘Amaterasu’ adını uygun gördü. Araştırmacılar, her iki parçacığın da muhtemelen proton olduğunu belirtti.

Aşırı yüksek enerjili kozmik ışınların mevcudiyetinin onaylanması ise artık zor bir durumla karşı karşıya olduğumuz anlamına geliyor. Görüldüğü üzere, aşırı yüksek enerjili parçacıklarda belirgin bir kesilme söz konusu; bu, ‘Greisen-Zatsepin-Kuzmin sınırı’ adıyla bilinen ve 5 x 1019 elektron volt düzeyine varan bir enerji.

Kozmik ışınlar uzayda seyahat ettikleri sırada enerji kaybettikleri için, bunun, bir parçacığın yaklaşık 160 milyon ışıkyılı gibi uzun mesafelerde koruyabileceği en yüksek enerji düzeyi olduğu düşünülüyor. Belli ki bizden bu kadar uzak bir mesafede kozmik ışınlar üretebilecek şeyler mevcut. Buna karşın, Güneş Sistemi’ne 160 milyon ışıkyılı mesafede ‘Aman Tanrım’ ya da ‘Amaterasu parçacığını’ üretebilecek düzeyde güçlü bir şey saptanmadı.

'KARŞIMIZDAKİ GERÇEK BİR GİZEM'

Matthews, “Süpernovalar gibi, insanların yüksek enerjili olduğunu düşündükleri şeyler bile bunun yanında cılız kalır” diyerek şöyle konuştu: “Parçacık hızlanırken onu sınırlamak için çok büyük miktarda enerjiye, gerçekten yüksek manyetik alanlara ihtiyaç duyarsınız.”

Amaterasu’nun uzayda takip ettiği çizginin izini sürmek, kozmik bir boşluğa, yani galaksilerin kümelenme eğilimi gösterdiği evrensel ağ dahilinde olan, içinde görece az bir boşluk bulunan bölgeye geri dönmeyi gerektiriyor. Bu, bir şekilde gözden kaçırılan bir şeyler olduğunu düşündürüyor. Ya da belki manyetik alanlar parçacık hızlandırma konusunda düşündüğümüzden iyidir. Belki de yakınlarda, göremediğimiz bir kaynak vardır. Yahut, belki parçacıklar daha önce hiç görmediğimiz bir astrofiziksel olguya işaret ediyordur.

ABD’deki Utah Üniversitesi’nden fizikçi John Belz, “Uzay-zaman dokusunun yapısında bulunan kusurlar, çakışan kozmik ağlar olabilir. Aslında, insanların aklına gelen çılgınca fikirleri sıralıyorum; zira bunun alışıldık bir açıklaması yok. Karşımızdaki, gerçek bir gizem" dedi.

Araştırma makalesi Science dergisinde yayınlandı.