Oxford Üniversitesi liderliğindeki uluslararası bir bilim insanı ekibi, blazarlardan yayılan plazma jetlerinin stabilitesini incelemek için CERN, Cenevre’deki Süper Proton Senkrotron hızlandırıcısını kullanarak plazma “ateş topları” yaratarak dünyada bir ilki başardı.
Sonuçlar, şu tarihte yayınlandı: PNASEvren hakkında uzun süredir devam eden bir gizeme yeni bir ışık tutabilir’gizli manyetik alanları ve eksik gama ışınları.
Blazarlar, Dünya’ya doğru dar, ışık hızına yakın parçacık ve radyasyon ışınları gönderen süper kütleli kara deliklerden güç alan aktif galaksilerdir. Bu jetler, yerdeki teleskoplar tarafından tespit edilen birkaç teraelektronvolta kadar uzanan yoğun gama ışını emisyonu üretir.
Bu TeV gama ışınları galaksiler arası uzayda yayılırken yıldızlardan gelen loş arka plan ışığını saçarak elektron-pozitron çiftlerinden oluşan basamaklar oluşturur. Çiftlerin daha sonra düşük enerjili gama ışınları üretmek için kozmik mikrodalga arka planına dağılması gerekir; ancak bunlar Fermi uydusu gibi gama ışını uzay teleskopları tarafından yakalanmamıştır. Şu ana kadar bunun nedeni bir sır olarak kaldı.
Bir açıklama, çiftlerin zayıf galaksiler arası manyetik alanlar tarafından saptırılması ve düşük enerjili gama ışınlarını görüş alanımızdan uzaklaştırmasıdır. Plazma fiziğinden kaynaklanan bir başka hipotez, ışın çiftlerinin galaksiler arasında bulunan seyrek maddeyi geçerken kararsız hale gelmeleridir. Bu durumda, ışındaki küçük dalgalanmalar, manyetik alanlar oluşturan akımları tahrik eder, kararsızlığı güçlendirir ve ışının potansiyel olarak dağılmasına neden olur.’enerjisi.
Bu teorileri test etmek için Oxford Üniversitesi ile Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi arasındaki işbirliğinden oluşan araştırma ekibi'(STFC) Merkezi Lazer Tesisi (CLF)—CERN’de kullanıldı’HiRadMat (Malzemelere Yüksek Radyasyon) özelliği, Süper Proton Sinkrotron ile elektron-pozitron çiftleri üretip bunları bir metre uzunluğunda ortam plazmasına gönderiyor.
Bu, galaksiler arası plazmada yayılan blazar güdümlü çift kademenin ölçekli bir laboratuvar analoğunu yarattı. Araştırmacılar, ışın profilini ve ilgili manyetik alan imzalarını ölçerek ışın plazmasındaki kararsızlıkların jeti bozup bozamayacağını doğrudan incelediler.
Sonuçlar çarpıcıydı. Beklentilerin aksine çift ışın, minimum düzeyde bozulma veya kendi kendine üretilen manyetik alanlarla dar ve neredeyse paralel kaldı. Astrofizik ölçeklere göre tahmin edildiğinde bu, ışın-plazma kararsızlıklarının eksik GeV gama ışınlarını açıklayamayacak kadar zayıf olduğu anlamına gelir; bu da galaksiler arası ortamın erken evrenin bir kalıntısı olması muhtemel bir manyetik alan içerdiği hipotezini destekler.
Baş araştırmacı Profesör Gianluca Gregori (Oxford Üniversitesi Fizik Bölümü) şunları söyledi: “Çalışmamız, laboratuvar deneylerinin teori ve gözlem arasındaki boşluğu doldurmaya nasıl yardımcı olabileceğini, uydu ve yer tabanlı teleskoplardan astrofiziksel nesnelere ilişkin anlayışımızı geliştirebileceğini gösteriyor. Ayrıca, özellikle giderek artan aşırı fiziksel rejimlere erişimde yeni bir çığır açma konusunda dünya çapındaki deney tesisleri arasındaki işbirliğinin önemini vurguluyor.”
Ancak bulgular daha fazla soruyu gündeme getiriyor. Erken evrenin son derece tekdüze olduğuna inanılıyor ve bu ilkel aşamada manyetik alanın nasıl tohumlanmış olabileceği açık değil. Araştırmacılara göre cevap, Standart Modelin ötesinde yeni fizik içerebilir. Çerenkov Teleskop Dizisi Gözlemevi (CTAO) gibi yakında kurulacak tesislerin bu fikirleri daha fazla test etmek için daha yüksek çözünürlüklü veriler sağlayacağı ümit ediliyor.
Ortak araştırmacı Profesör Bob Bingham (STFC Merkezi Lazer Tesisi ve Strathclyde Üniversitesi) şunları kaydetti: “Bu deneyler, laboratuvar astrofiziğinin yüksek enerjili evren teorilerini nasıl test edebildiğini gösteriyor. Laboratuvarda göreceli plazma koşullarını yeniden üreterek, kozmik jetlerin evrimini şekillendiren süreçleri ölçebilir ve galaksiler arası uzaydaki manyetik alanların kökenini daha iyi anlayabiliriz.”
Ortak araştırmacı Profesör Subir Sarkar (Oxford Üniversitesi Fizik Bölümü) şunu ekledi: “CERN’de yapılmakta olan öncü araştırmalara yeni bir boyut katan böyle yenilikçi bir deneyin parçası olmak çok eğlenceliydi; umarız çarpıcı sonucumuz, plazma (astro)fiziği camiasında, temel kozmik soruların yersel bir yüksek enerji fiziği laboratuvarında araştırılması olanaklarına olan ilgiyi uyandırır.”
