Prof. Dr. Ersin Göğüş, gama ışını jetlerinin yıldız maddesini nötronlara çevirerek ağır elementleri oluşturabileceği fikrinin simülasyonlarla test edilebileceğini belirtiyor.
Evrenin yapı taşlarını oluşturan ağır elementlerin (örneğin uranyum, plütonyum gibi) nasıl oluştuğu, fizik dünyasının en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. “Nükleosentez” adı verilen bu süreçte, bilim insanları yıldızların çöküşü sırasında ortaya çıkan gama ışını patlamalarını ve bunlara eşlik eden yüksek enerjili jetleri mercek altına alıyor.
Yeni bir teoriye göre, çöken bir yıldızın merkezinde oluşan kara delik, çevresindeki manyetik alanı bükerek güçlü bir jet fırlatıyor. Bu jetin içindeki yüksek enerjili ışık parçacıkları (fotonlar), yıldızın dış katmanlarındaki atom çekirdeklerini tamamen parçalayarak serbest nötronlar üretebiliyor. Ayrıca parçalanan atomlardan oluşan protonlar da nötrona dönüşebiliyor. Araştırmaya göre, bu süreçler yıldız maddesinin içinde adeta bir “nötron seli” oluşturuyor.
Nötronlar neden önemli?
Ağır elementlerin oluşması için “hızlı nötron yakalama süreci” (r-prosesi) adı verilen özel bir süreç gerekiyor. Bu süreçte, atom çekirdekleri çok kısa sürede art arda nötron yakalayarak daha ağır ve karmaşık çekirdeklere dönüşüyor. Ancak serbest nötronlar doğada çok uzun süre var olamıyor; yaklaşık 15 dakika içinde bozuluyorlar. Bu nedenle r-prosesinin gerçekleşmesi için çok yoğun ve hızlı bir nötron kaynağına ihtiyaç var.
İşte Los Alamos ekibinin önerdiği yeni teori, bu zorluğu aşmak için bir çözüm sunuyor: Yıldızın doğru ilerleyen yüksek enerjili jet, çevresindeki maddeyi nötronlara dönüştürerek gerekli ortamı sağlıyor. Üstelik bu dönüşüm, bir nanosaniye (saniyenin milyarda biri) gibi çok kısa bir sürede gerçekleşiyor.
Yüksek enerjili jet, yıldızın içinde ilerlerken çevresinde sıcak bir “koza” oluşturuyor. Bilim insanları bu durumu “karla kaplı bir yolda ilerleyen yük treni” benzetmesiyle açıklıyor. Jetin itiş gücü, yıldızın maddesini parçalayarak serbest nötronlar üretiyor. Bu nötronlar, elektriksel yükü nötral olmaları sebebiyle manyetik alanda sıkışan protonların aksine, serbestçe çevreye yayılabiliyor. Böylece r-prosesi tetikleniyor ve ağır elementler oluşmaya başlıyor.
Yeni teori başka gizemlere de ışık tutabilir mi?
Bu mekanizma yalnızca ağır elementlerin oluşumuna açıklama getirmekle kalmıyor. Aynı zamanda uzun süreli gama ışını patlamalarıyla ilişkili olduğu düşünülen “kilonova” olaylarını da açıklayabilir. Kilonova, iki nötron yıldızının çarpışması sonucu oluşan parlak bir ışık patlamasıdır. Ancak bu yeni teori, çöken yıldızlardan gelen yüksek enerjili jetlerin de benzer parlamalara neden olabileceğini öne sürüyor.
Sabancı Üniversitesinden Prof Dr. Ersin Göğüş, 2N News’e yaptığı açıklamada bu konuya dair şunları söyledi: “Kilonova olaylarını açıklamak için bu yeni yaklaşım önemli olabilir. Ancak gözlemsel olarak daha fazla kilonova bağlantılı patlama incelemesi yapmak, teoriyi doğrulamak için kritik bir adım olacaktır.”
Ayrıca, derin deniz tabanında keşfedilen ve uzaydan geldiği düşünülen demir ve plütonyum izlerinin kaynağı da bu mekanizma ile açıklanabilir. Bu elementlerin nasıl ve nerede oluştuğu uzun zamandır gizemini koruyordu; yıldız çökmesi sırasında meydana gelen bu yüksek enerjili süreçler, bu gizemi çözmeye yardımcı olabilir. Ancak Göğüş, deniz tabanındaki demir ve plütonyum izotoplarının bu tür bir yıldız çökmesinden kaynaklanma olasılığını düşük görüyor. Göğüş, “Demir ve ağır elementlerin üretimi ve yayılımı, süpernova patlamaları ile etkin bir şekilde gerçekleşir. Yani bu elementlerin denizlerde bulunması, büyük olasılıkla süpernova patlamalarıyla ilgilidir,” ifadelerini kullandı.
Los Alamos ekibi, şimdi geliştirdikleri modeli daha iyi anlamak için detaylı bilgisayar simülasyonları yapmayı planlıyor. Bu süreçte karmaşık fiziksel süreçleri de katarak konuyu derinlemesine aydınlatmayı hedefliyor.
Prof. Dr. Ersin Göğüş, yeni modelin doğruluğunu test etmenin simülasyonlarla yapılabileceğini belirtti: “Simülasyonlar yeni model için en önemli test ortamı. İlk koşulları belirlenen sistemlerin zaman içinde evrimi ve kilonova sonucunda nelerin ortaya çıktığı çok önemli bilgiler sunar. Bu simülasyonlar çok kez tekrarlanarak elde edilen sonuçların güvenilirliği kontrol edilebiliyor. Gözlemsel olarak elbette daha fazla kilonova bağlantılı patlama incelemesi gerekiyor.”
Bu çalışmalar, yalnızca evrenin tarihini aydınlatmakla kalmayıp, aynı zamanda nükleer bilim ve ulusal güvenlik gibi alanlarda da yeni ufuklar açabilir.
Kaynak: Los Alamos National Laboratory & 2N News
