Kozmik ışınlar protonlardan ve elektronlardan oluşur; insan yapımı hızlandırıcıların üretebileceğinden bile daha yüksek enerjilere ulaşabilirler. İsviçre ve Fransa sınırında bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi insan yapımı hızlandırıcıların protonları ışık hızına yakın hızlara çıkarabildiği göz önüne alındığında, araştırmacılara göre bu süper enerjik parçacıklar galaksi genelindeki kozmik olayları etkileyebilir.
Hiroşima Üniversitesi öncülüğündeki uluslararası bir astrofizik ekibi, yeryüzündeki ve uzaydaki üç ana gözlemevinden alınan verileri değerlendirdi. Araştırmacılar, Samanyolu Galaksisinde en yüksek enerjili kozmik ışın protonlarının hızlandırıcısını keşfetti. Elde edilen bulgular, bilim insanlarının yıldızlararası uzaydaki ve Samanyolu Galaksisi genelindeki kozmik olayları etkileyen söz konusu hızlı hareket eden parçacıkların doğasını daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
The Astrophysical Journal dergisinde yayınlanan makalenin birinci ve sorumlu yazarı, Hiroşima Üniversitesi Astrofizik Bilim Merkezi’nden doçent Tsunefumi Mizuno, “Bu muazzam enerji, kozmik ışınları astronomi ve astrofizikte önemli kılıyor” dedi.
Proton PeVatron LHAASO J1912+1014u
Galaktik kozmik ışınların ulaştığı en yüksek enerji 1 katrilyon elektronvolta veya bir petaelektronvolta (PeV) ulaşabilir ve bunu aşabilir. PeV seviyesinin üzerindeki bir kozmik ışın proton hızlandırıcısını (proton PeVatron olarak adlandırılır) bulmak modern astrofiziğin en heyecan verici konularından biri ve daha önce LHAASO J1912+1014u olarak bilinen böylesi bir cisim tanımlandı.
1990’dan bu yana Japonya ve Çin liderliğinde yürütülen Tibet AS gama deneyi ve daha sonra Çin’in LHAASO gözlemevi, LHAASO J1912+1014u olarak adlandırılan kaynak da dahil olmak üzere 0.1 PeV’nin üzerinde onlarca gama ışını kaynağı buldu.
Elektromanyetik radyasyonun en enerjik biçimi olan ve kozmik ışın kaynaklarından türeyebilen bu gama ışınları, kendilerini oluşturan ana kozmik ışın parçacıklarının yaklaşık onda biri oranında enerjiye sahip.
LHAASO J1912+1014u adı verilen kaynak da dahil olmak üzere bu alt PeV (sub-PeV) gama ışını kaynakları, potansiyel kozmik ışın PeVatron adayları olarak düşünüldü. Önceki çalışmalar, kaynağın bir pulsar rüzgarı bulutsusu veya süpernova kalıntısı olabileceğini de öne sürdü.
Mizuno, “Ancak yalnızca Tibet AS gama ve LHAASO deneylerinden elde edilen veriler proton PeVatron’larını net bir şekilde tanımlayamaz; çünkü PeV enerjisindeki kozmik ışın elektronları da daha düşük enerjili gama ışınları üretebilir.” diyerek deneylerin görüntü çözünürlüğünün sınırlı olduğunu, bu nedenle araştırmacıların bir proton PeVatron’unu doğrulamak için yeterince derine inemediklerini belirtti.
Üç gözlemevi netleştirdi
Diğer deneyler tarafından da veri toplanmıştı: NASA liderliğinde yürütülen ve Hiroşima Üniversitesinin katkıda bulunduğu Fermi Büyük Alan Teleskobu (Fermi-LAT); Japonya liderliğindeki Nobeyama 45 m teleskobu ile yürütülen FOREST Tarafsız Galaktik Düzlem Görüntüleme Taraması (FUGIN); ve NASA liderliğindeki Chandra X-ışını Gözlemevi verileri kullanıldı.
Fermi-LAT’tan elde edilen gama ışını verileri yaklaşık bir gigaelektronvolt (GeV) veya bir milyar elektronvolt seviyesindeki enerjilerde kaydedilirken; Chandra daha düşük enerjilerde ve FUGIN ise daha da düşük enerjilerde veri sağladı. Araştırmacılar, bu verileri LHAASO dahil olmak üzere çeşitli araçlardan elde edilen teraelektronvolt (TeV) seviyesindeki bilgilerle birleştirerek LHAASO J1912+1014u’nun bir proton PeVatron’u olarak detaylı bir tablosunu çizebildi ve diğer olası senaryoları eleyebildi.
Proton hızlandırıcı
Mizuno’ya göre; gama ışını emisyonunun 100 trilyon elektronvoltun üzerinden 400 milyon elektronvolta kadar sorunsuz bir şekilde uzanması, enerji argümanlarına dayanarak LHAASO J1912+1014u’nun bir elektron hızlandırıcısı olduğu yönündeki olası açıklamayı zayıflatıyor.
İkinci olarak; GeV gama ışını haritası, FUGIN radyo verileriyle izlenen yıldızlararası gaz dağılımı ile iyi bir uyum göstermekte; proton PeVatron senaryosunu güçlü bir şekilde destekliyor.
Üçüncü olarak; Chandra X-ışını verileri, yaygın X-ışını emisyonunun çok zayıf olduğunu ortaya koyarak bu senaryoyu daha da pekiştiriyor.
Mizuno, “Çalışmada Fermi-LAT GeV gama ışını verileri, FUGIN radyo verileri ve Chandra X-ışını verileriyle detaylı bir çoklu dalga boyu modellemesi aracılığıyla bir araya getirilerek hedefimiz LHAASO J1912+1014u’nun bir kozmik ışın proton PeVatron’u olduğunu ortaya koymuştur.” ifadesini kullandı.
Mizuno ayrıca, çalışmalarının sadece bir proton PeVatron’unu tanımlamakla kalmayıp, hızlanan parçacıkların özelliklerini de karakterize ettiğini vurguladı. Bu, kaynağın doğasını anlamak açısından kritik önem taşıyor. Mizuno’ya göre Samanyolu’nda onlarca kozmik ışın proton PeVatron adayı bulunuyor. Araştırmacılar bir sonraki aşamada diğer potansiyel PeVatron kaynaklarını kapsamlı bir şekilde incelemeyi planlıyor.