Max Planck Enstitüsü’nden bilim insanları, ilk kez düşük kütleli bir yıldız içeren mikrokuasarların da parçacık hızlandırdığını ortaya koydu.
Uzaydan Dünya’ya sürekli olarak parçacıklar yağıyor. Çoğu insan gökyüzünde ışık huzmeleri oluşturan meteorları yani “kayan yıldızları” görmüş olabilir. Ancak bilim insanlarının evrenin doğasını anlamasına yardımcı olan en önemli unsurlar, çıplak gözle görülmeyen, oldukça küçük ve hızlı hareket eden parçacıklar. Elektronlar ve protonlar gibi yüklü atom altı parçacıklar, evrende bilinen en hızlı parçacıklar arasında yer alıyor ve “kozmik ışınlar” olarak adlandırılıyor.
Bu kozmik ışınların tam olarak nereden geldiği ve nasıl bu kadar yüksek enerjilere ulaştığı, astrofizik dünyasının en büyük gizemlerinden biri olmaya devam ediyor. Bilim insanları, kara deliklerin çevresinden dışarı fırlayan yüksek hızlı madde akışlarının (jetlerin), bu parçacıkların hızlandırılması için ideal ortamlar olabileceğini düşünüyor. Ancak bu süreçlerin nasıl gerçekleştiği ve hangi koşullarda ortaya çıktığı tam olarak bilinmiyor.
Samanyolu Galaksisi içinde en güçlü jetler, mikrokuasar adı verilen sistemlerde bulunuyor. Mikrokuasarlar, bir yıldız ve bir kara delikten oluşan çift yıldız sistemleri olarak biliniyor. Bu sistemlerde kara delik, yörüngesinde dolanan yıldızdan madde çekmeye başlıyor. Bu süreçte, kara deliğin yakınlarından ışık hızına yakın hızlarda fırlatılan jetler oluşuyor.
Son yıllarda, mikrokuasarların da etkili parçacık hızlandırıcılar olduğu yönünde kanıtlar artmaya başladı. Ancak bu sistemlerin tamamının mı yoksa yalnızca bazı güçlü örneklerinin mi parçacık hızlandırabildiği sorusu net değildi.
Mikrokuasarlar, içerdikleri yıldızların kütlesine göre “düşük kütleli” ve “yüksek kütleli” sistemler olarak ikiye ayrılıyor. Yüksek kütleli mikrokuasarların güçlü gama ışınları yaydığı biliniyor. Örneğin, SS 433 adlı mikrokuasar, galaksimizdeki en güçlü parçacık hızlandırıcılarından biri olarak kabul ediliyor ve içindeki yıldız, Güneş’ten yaklaşık on kat daha büyük bir kütleye sahip. Bu nedenle, bilim insanları uzun süredir düşük kütleli mikrokuasarların yeterince güçlü olmadığı için gama ışınları üretemeyeceğini düşünüyordu.
Ancak, Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden (MPIK) Dr. Laura Olivera-Nieto ve Trieste Üniversitesi’nden Dr. Guillem Martí-Devesa tarafından yürütülen yeni bir araştırma, bu görüşü değiştirebilir. Araştırmacılar, NASA’nın Fermi uydusundaki Büyük Alan Teleskobu’nun (Large Area Telescope) 16 yıllık verilerini analiz ederek, GRS 1915+105 adlı düşük kütleli bir mikrokuasardan gelen zayıf bir gama ışını sinyali tespit etti. Bu mikrokuasardaki yıldız, Güneş’ten daha küçük bir kütleye sahip olmasına rağmen, sistemden yayılan gama ışınlarının 10 GeV’den daha yüksek enerjilere ulaştığı görüldü. Bu da sistemin çok yüksek enerjili parçacıkları hızlandırabildiğini gösteriyor.
Araştırmacılar, bu gama ışını sinyalinin büyük ihtimalle jetlerde hızlandırılan protonların, çevredeki gaz bulutlarıyla çarpışması sonucu ortaya çıktığını düşünüyor. Bu senaryoyu doğrulamak için Japonya’daki Nobeyama 45 metrelik radyo teleskobundan elde edilen verileri de incelediler. Bulgular, mikrokuasarın çevresinde yeterli miktarda gaz bulunduğunu gösterdi.
Gama ışınlarının kaynağı mikrokuasarlar olabilir
Gama ışınları, elektromanyetik spektrumun en yüksek enerjili dalgalarıdır ve genellikle evrendeki en şiddetli olaylarla ilişkili. Süpernovalar, nötron yıldızları ve kara delikler gibi aşırı koşulların bulunduğu ortamlarda ortaya çıkıyor. Mikrokuasarlar ise, bir kara delik ve bir yıldızdan oluşan çift sistemleri olarak tanımlanıyor. Kara delik, yıldızdan madde çekerek yüksek hızlı jetler oluşturuyor. Eğer bu jetlerde protonlar ışık hızına yakın hızlara kadar ivmelendirilirse, çevredeki gaz bulutlarıyla çarpıştıklarında gama ışınları yayabiliyorlar. Yeni keşif, düşük kütleli mikrokuasarların da bu süreci gerçekleştirebildiğini göstererek, bu sistemlerin evrendeki gama ışını kaynaklarından biri olabileceğini ortaya koyuyor.
Bu keşif, düşük kütleli mikrokuasarların da kozmik ışın hızlandırma sürecine katkı sağladığını ortaya koyuyor. Düşük kütleli sistemler, mikrokuasarların en yaygın türü olduğu için, bu durum galaksimizdeki toplam kozmik ışın miktarının hesaplanmasını etkileyebilir.
Ancak hala yanıtlanması gereken pek çok soru bulunuyor. Tüm mikrokuasarlar parçacık hızlandırabiliyor mu, yoksa yalnızca belirli koşullara sahip olanlar mı bu süreci gerçekleştirebiliyor? Hangi mekanizmalar bu hızlanmayı sağlıyor? Bilim insanları, bu sorulara yanıt verebilmek için daha fazla gözlem ve çok dalga boylu (multi-wavelength) araştırmaların yapılması gerektiğini belirtiyor.
Sonuç olarak, bu keşif, evrendeki en güçlü parçacık hızlandırıcıları arasında sadece büyük yıldızları içeren mikrokuasarların değil, küçük yıldızlı sistemlerin de yer alabildiğini gösteriyor. Böylece, Samanyolu’ndaki kozmik ışınların kaynağına dair anlayışımız köklü bir şekilde değişebilir.
Kaynak: Max Planck Institute
