Samanyolu’nda son derece yüksek enerjili parçacıkların kaynağı belirlendi

Kozmik ışınlar esas olarak protonlardan ve birkaç elektronun serpiştirilmesinden oluşur ve insan yapımı hızlandırıcıların üretebileceğinden çok daha yüksek enerjilere ulaşabilirler. İsviçre ve Fransa sınırındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi insan yapımı hızlandırıcıların protonları ışık hızına yakın hızlara taşıyabildiği göz önüne alındığında, bu süper enerjik parçacıkların galaksideki kozmik olayları etkileyebilmesi şaşırtıcı değil.

Galaksimizdeki en yüksek enerjili kozmik ışın protonlarının hızlandırıcısı, Dünya ve uzaydaki üç büyük gözlemevinden gelen verileri değerlendiren Hiroşima Üniversitesi liderliğindeki uluslararası araştırmacı ekibi sayesinde kesin olarak belirlendi. Bu, bilim adamlarının yıldızlar arasındaki boşluğu dolduran ve Samanyolu galaksisindeki kozmik olayları etkileyen bu hızlı hareket eden parçacıkların doğasını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.

Bulgular şu adreste yayınlandı: Astrofizik Dergisi.

Hiroşima Üniversitesi Hiroşima Astrofizik Bilim Merkezi’nde doçent olan çalışmanın ilk yazarı ve ilgili yazarı Tsunefumi Mizuno, “Bu muazzam enerji, kozmik ışınları astronomi ve astrofizikte önemli kılıyor” dedi. Bu enerjilerin elektron volt cinsinden ölçüldüğünü açıkladı; bu, bir elektronun dinlenme durumundan hareket ettiğinde ve elektrik potansiyelini bir volt arttırdığında kazandığı enerjidir.

“Galaktik kozmik ışınların en yüksek enerjisi 1 katrilyona (10¹⁵) elektron volt veya bir peta elektron volt (PeV). Bu PeV seviyesinin üzerinde, proton PeVatron adı verilen bir kozmik ışın proton hızlandırıcısının bulunması, modern astrofizikteki en heyecan verici konulardan biridir ve daha önce LHAASO J1912+1014u olarak bilinen böyle bir nesneyi belirledik.”

Bu kaynak neden öne çıktı?

1990’dan bu yana Japonya ve Çin tarafından yürütülen bir proje olan Tibet AS gama deneyi ve daha sonra Çin’in Büyük Yüksek İrtifa Hava Yağmuru Gözlemevi (LHAASO), LHAASO J1912+1014u adlı biri de dahil olmak üzere 0,1 PeV’nin üzerinde düzinelerce gama ışını kaynağı buldu.

En enerjik elektromanyetik radyasyon olan ve kozmik ışın kaynaklarından kaynaklanabilen bu gama ışınları, ana kozmik ışın parçacıklarının yaklaşık onda biri kadar enerjiye sahiptir.

Buna göre, LHAASO J1912+1014u adı verilen de dahil olmak üzere bu PeV altı gama ışını kaynakları, potansiyel kozmik ışın PeVatron adaylarıdır. Bu alanda yapılan önceki çalışmalar, kaynağın bir pulsar rüzgar bulutsusu veya büyük bir yıldız patlamasından kaynaklanan başka kalıntılar olabileceğini öne sürüyor.

Mizuno, deneylerin görüntü çözünürlüğünün sınırlı olduğunu, dolayısıyla araştırmacıların bir proton PeVatron’u doğrulamak için yeterince derinlemesine araştırma yapamayacaklarını açıklayarak, “Ancak, Tibet AS gama ve LHAASO deneylerinden elde edilen veriler tek başına proton PeVatron’ları açıkça tanımlayamıyor çünkü PeV kozmik ışın elektronları aynı zamanda daha düşük enerjili gama ışınlarını da üretebiliyor.” dedi.

Üç gözlemevi resmi netleştirdi

Ancak veriler başka deneylerle toplanmıştı: NASA liderliğindeki ve Hiroşima Üniversitesi’nin enstrümantasyon geliştirme ve işletimine katkıda bulunduğu Fermi Geniş Alan Teleskobu (Fermi-LAT); Japonya liderliğindeki FOREST Tarafsız Galaktik düzlem Görüntüleme araştırması, Nobeyama 45 m teleskopu (FUGIN) ile gerçekleştirilmiştir; ve NASA liderliğindeki Chandra X-ışını Gözlemevi.

LHAASO J1912+1014u, 2024 yılında keşfedildi ve Aquila takımyıldızı içerisinde ve Yaz Üçgeni’ni oluşturan ünlü bir yıldız olan Altair’in yakınında bulunuyor. 100 TeV’nin üzerindeki emisyonlar tespit edilene kadar başlangıçta bir süpernova kalıntısı olarak kabul edildi.

Mizuno, “Birden fazla deneyden elde edilen verilerle LHAASO J1912+1014u’yu ayrıntılı olarak inceledik” dedi. Deneylerin radyodan gama ışınlarına kadar geniş bir dalga boyu aralığında veri sağladığını ve bu geniş araştırmayı kapsamlı çok dalga boylu modellemeyle mümkün kıldığını belirtti.

Fermi-LAT’tan gelen gama ışını verileri, bir giga elektron volt (GeV) veya bir milyar elektron volt civarındaki enerjilerle ayarlandı; Chandra ise daha düşük enerjiler ve daha da düşük enerjilere sahip FUGIN hakkında veriler sağladı. Bu verileri LHAASO dahil cihazlardan gelen tera elektron volt (TeV) cinsinden bilgilerle birleştiren araştırmacılar, LHAASO J1912+1014u’nun proton PeVatron olarak ayrıntılı bir resmini çizebilir ve diğer olası senaryoları ekarte edebilir.

Kanıtlar proton ivmesine işaret ediyor

Birincisi, gama ışını emisyonu sorunsuz bir şekilde 100 trilyon elektron volttan 400 milyon elektron volta kadar uzanıyor, bu da Mizuno’ya göre LHAASO J1912+1014u’nun enerji argümanlarına dayalı olmayan bir elektron hızlandırıcısı olduğu yönündeki olası açıklamayı ortaya çıkarıyor.

İkincisi, GeV gama ışını haritası, FUGIN radyo verileriyle takip edilen yıldızlararası gazın dağılımıyla iyi bir şekilde eşleşiyor ve bu da proton PeVatron senaryosunu güçlü bir şekilde destekliyor. Üçüncüsü, Chandra X-ışını verileri, dağınık X-ışını emisyonunun çok zayıf olduğunu ortaya çıkardı ve bu da senaryoyu daha da güçlendirdi.

Mizuno, “Bu araştırma bir ekip çalışmasıyla gerçekleştirildi. Eski bir Japon deyişi vardır: “Bir okun kırılması kolaydır, ancak bir araya toplanmış üç ok kırılmaz.” kozmik ışın protonu PeVatron.”

Mizuno ayrıca çalışmalarının yalnızca bir proton PeVatron’u tanımlamakla kalmayıp, hızlandırılmış parçacıkların özelliklerini de karakterize ettiğini vurguladı. Kaynağın doğasını anlamak için bu çok önemlidir. Ona göre Samanyolu’nda onlarca kozmik ışın protonu PeVatron adayı var. Araştırmacılar bundan sonra diğer potansiyel PeVatron kaynaklarını kapsamlı bir şekilde incelemeyi planlıyor.