Namibya’daki HESS gözlemevini kullanan bilim insanları, Vela pulsarından gelen olağanüstü derecede yüksek enerjili gama ışınlarını tespit ederek, bu tür yıldızlardan gelen atımlı gama ışınlarına ilişkin yerleşik teorilere meydan okuyor. Enerji seviyeleri Vela pulsarından yapılan önceki gözlemlerden 200 kat daha güçlü olan bu gama ışınları, araştırmacıları bu kadar güçlü emisyonların ardındaki mekanizmaları yeniden düşünmeye sevk etti.
HESS gözlemevi Vela’dan 20 tera-elektronvoltluk foton kaydediyor pulsar.
Namibya’daki HESS gözlemevini kullanan bilim insanları, pulsar adı verilen ölü bir yıldızdan gelen en yüksek enerjili gama ışınlarını tespit etti. Bu gama ışınlarının enerjisi 20 tera-elektronvolt veya görünür ışığın enerjisinin yaklaşık on trilyon katı düzeyindeydi. Uluslararası ekibin bugün (5 Ekim) dergide bildirdiği gibi, bu gözlemi bu tür atımlı gama ışınlarının üretim teorisiyle bağdaştırmak zordur. Doğa Astronomi.
Pulsarların Doğası
Pulsarlar, bir süpernovada olağanüstü bir şekilde patlayan yıldızların arta kalan cesetleridir. Patlamalar, geride sadece 20 kilometre çapında, son derece hızlı dönen ve muazzam bir manyetik alanla donatılmış küçük, ölü bir yıldız bırakıyor. HESS bilim insanı Emma de şöyle açıklıyor: “Bu ölü yıldızlar neredeyse tamamen nötronlardan oluşuyor ve inanılmaz derecede yoğunlar: içlerindeki maddelerin bir çay kaşığının kütlesi beş milyar tondan fazla, yani Büyük Giza Piramidi’nin kütlesinin yaklaşık 900 katı kadar.” Oña Wilhelmi, yayının ortak yazarı DESY.
Araştırmacılar, pulsarın kutuplarından gelen kızılötesi ışık parçacıklarının (fotonların), hızlı elektronlar tarafından gama ışını enerjilerine (mavi) yükseltildiğini düşünüyor. Kredi: DESY için Bilim İletişim Laboratuvarı
Pulsarlardan gelen radyasyon
Pulsarlar, kozmik deniz fenerlerine benzeyen, dönen elektromanyetik radyasyon ışınları yayarlar. Eğer ışınları güneş sistemimizin üzerinden geçerse, düzenli zaman aralıklarında radyasyon parlamaları görürüz. Radyasyon darbeleri olarak da adlandırılan bu flaşlar, elektromanyetik spektrumun farklı enerji bantlarında aranabilir. Bilim adamları, bu radyasyonun kaynağının, pulsarın manyetosferinde, çevresine doğru giderken üretilen ve hızlanan hızlı elektronlar olduğunu düşünüyor. Manyetosfer oluşur plazma ve yıldızı çevreleyen ve onunla birlikte dönen elektromanyetik alanlar. Polonya’daki Nicolaus Copernicus Astronomi Merkezi’nden (CAMK PAN) ortak yazarlardan Bronek Rudak, “Elektronlar dışarı doğru yolculuklarında enerji elde ediyor ve bunu gözlemlenen radyasyon ışınları şeklinde serbest bırakıyor” diyor.
Güney gökyüzünde Vela (geminin yelkeni) takımyıldızında bulunan Vela pulsarı, elektromanyetik spektrumun radyo bandındaki en parlak pulsardır ve giga-elektronvolt (GeV) aralığında kozmik gama ışınlarının en parlak kalıcı kaynağıdır. . Saniyede yaklaşık on bir kez döner. Bununla birlikte, birkaç GeV’nin üzerinde radyasyon aniden sona eriyor, bunun nedeni muhtemelen elektronların pulsarın manyetosferinin sonuna ulaşması ve oradan kaçması.
Ancak hikayenin sonu bu değil: HESS ile derin gözlemler kullanılarak, onlarca tera-elektronvolta (TeV) kadar enerjiye sahip, daha da yüksek enerjilerde yeni bir radyasyon bileşeni keşfedildi. Güney Afrika’daki Kuzey Batı Üniversitesi’nden ortak yazar Christo Venter, “Bu, bu nesneden şimdiye kadar tespit edilen tüm radyasyondan yaklaşık 200 kat daha enerjik” diyor. Bu çok yüksek enerjili bileşen, GeV aralığında gözlemlenenle aynı faz aralıklarında ortaya çıkıyor. Ancak bu enerjilere ulaşmak için elektronların manyetosferden daha uzağa gitmesi gerekebilir, ancak dönme emisyon modelinin bozulmadan kalması gerekir.
Yerleşik Bilgiye meydan okumak
Araştırmayı yöneten Fransa’daki Astropartikül ve Kozmoloji (APC) laboratuvarından Arache Djannati-Atai, “Bu sonuç, pulsarlara ilişkin önceki bilgilerimizi sorguluyor ve bu doğal hızlandırıcıların nasıl çalıştığına dair yeniden düşünmeyi gerektiriyor” diyor.
“Parçacıkların manyetosferin içinde veya biraz dışında manyetik alan çizgileri boyunca hızlandırıldığı geleneksel şema, gözlemlerimizi yeterince açıklayamıyor. Belki de ışık silindirinin ötesinde manyetik yeniden bağlanma süreci adı verilen süreç yoluyla parçacıkların hızlanmasına tanık oluyoruz, bu süreç hala bir şekilde dönme modelini koruyor? Ancak bu senaryo bile bu kadar aşırı radyasyonun nasıl üretildiğini açıklamakta zorluklarla karşılaşıyor.”
Açıklama ne olursa olsun, Vela pulsarı, diğer üstünlüklerinin yanında, bugüne kadar keşfedilen en yüksek enerjili gama ışınlarına sahip pulsar olma rekorunu artık resmi olarak elinde tutuyor. “Bu keşif, mevcut ve gelecek daha hassas gama ışını teleskoplarıyla onlarca teraelektronvolt aralığındaki diğer pulsarların tespiti için yeni bir gözlem penceresi açıyor, dolayısıyla yüksek derecede mıknatıslanmış astrofiziksel nesnelerdeki aşırı hızlanma süreçlerinin daha iyi anlaşılmasının yolunu açıyor.” diyor Djannati-Atai.
Referans: “Vela Pulsarından 20 Teraelektronvolta Ulaşan Bir Radyasyon Bileşeninin Keşfi” 5 Ekim 2023, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-023-02052-3