Araştırmacılar, gama ışınları olarak bilinen, daha önce tahmin edilenden daha parlak olan, güneşten şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek enerjili ışığı keşfettiler. Altı yıllık verilerden elde edilen bu bulgu, önceki anlayışlara meydan okuyor ve güneşin süreçleri ve manyetik alanları hakkında soruları gündeme getiriyor.
Fizikçiler şimdiye kadar gözlemlenen en enerjik ışığın güneşten yayıldığını tespit etti.
Bazen bir sırrı saklamak için en iyi yer güpegündüzdür. Güneşe sor.
Michigan Eyalet Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırma görevlisi Mehr Un Nisa, “Güneş sandığımızdan daha şaşırtıcı” dedi. “Bu yıldızı çözdüğümüzü sanıyorduk ama durum böyle değil.”
Yakında MSU’nun öğretim kadrosuna katılacak olan Nisa, dergideki yeni bir makalenin sorumlu yazarıdır. Fiziksel İnceleme Mektupları bu, güneşten şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek enerjili ışığın keşfini ayrıntılarıyla anlatıyor.
Keşfin arkasındaki uluslararası ekip ayrıca gama ışınları olarak bilinen bu tür ışığın şaşırtıcı derecede parlak olduğunu da buldu. Yani bilim adamlarının daha önce tahmin ettiğinden daha fazlası var.
HAWC gibi izliyorum
Yüksek enerjili ışık Dünya yüzeyine ulaşmasa da, bu gama ışınları Nisa ve Yüksek İrtifa Su Çerenkov Gözlemevi (HAWC) ile çalışan meslektaşları tarafından tespit edilen işaretler yaratıyor.
Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Beşeri Bilimler Bilim ve Teknoloji Konseyi tarafından finanse edilen HAWC, hikayenin önemli bir bölümünü oluşturuyor. Diğer gözlemevlerinin aksine 24 saat çalışıyor.
Doğa Bilimleri Fakültesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nde çalışan Nisa, “Artık birkaç yıl önce mümkün olmayan gözlem tekniklerine sahibiz” dedi.
“Bu özel enerji rejiminde, diğer yer tabanlı teleskoplar güneşe bakamıyor çünkü yalnızca geceleri çalışıyorlar” dedi. “Bizimki 7/24 çalışıyor.”
HAWC, geleneksel teleskoplardan farklı çalışmasının yanı sıra, tipik teleskoplardan da çok farklı görünüyor.
HAWC, cam lenslerle donatılmış bir tüp yerine, her biri yaklaşık 200 metrik ton suyla dolu 300 büyük su tankından oluşan bir ağ kullanıyor. Ağ, Meksika’da deniz seviyesinden 13.000 feet yüksekte iki sönmüş yanardağ zirvesi arasında yer alıyor.
Bu görüş noktasından, atmosferdeki havaya çarpan gama ışınlarının sonuçlarını gözlemleyebilir. Bu tür çarpışmalar, çıplak gözle algılanamayan parçacık patlamalarına benzeyen, hava sağanakları denilen şeyleri yaratır.
Orijinal gama ışınının enerjisi serbest bırakılır ve daha düşük enerjili parçacıklar ve ışıktan oluşan yeni parçalar arasında yeniden dağıtılır. HAWC’nin “görebildiği” şey bu parçacıklar ve onların aşağı inerken oluşturdukları yeni parçacıklardır.
Yağmur parçacıkları HAWC’nin tanklarındaki suyla etkileşime girdiğinde, gözlemevinin cihazlarıyla tespit edilebilen ve Çerenkov radyasyonu olarak bilinen şeyi yaratıyorlar.
Nisa ve meslektaşları 2015 yılında veri toplamaya başladı. 2021 yılında ekip, güneşin gama ışınlarını yeterli incelemeyle incelemeye başlamak için yeterli veriyi topladı.
Nisa, “Altı yıllık verilere baktıktan sonra bu aşırı gama ışınları ortaya çıktı” dedi. “Bunu ilk gördüğümüzde ‘Bu işi kesinlikle berbat ettik’ dedik. Bu enerjilerde güneş bu kadar parlak olamaz.’”
Tarih yapmak
Güneş, çeşitli enerjilere yayılan çok fazla ışık yayar, ancak bazı enerjiler diğerlerinden daha fazladır.
Örneğin güneş, nükleer reaksiyonları yoluyla bir ton görünür ışık, yani bizim gördüğümüz ışık sağlar. Bu ışık formu, fizikte kullanışlı bir ölçü birimi olan yaklaşık 1 elektron voltluk bir enerji taşır.
Nisa ve meslektaşlarının gözlemlediği gama ışınlarının yaklaşık 1 trilyon elektron voltu veya 1 tera elektron voltu, yani 1 TeV’i vardı. Bu enerji seviyesi sadece şaşırtıcı değildi, aynı zamanda bu kadar çok şey görüyor olmaları da şaşırtıcıydı.
1990’larda bilim insanları, yüksek enerjili kozmik ışınlar (parçacıklar kozmik bir güç merkezi tarafından hızlandırıldığında) güneşin gama ışınları üretebileceğini öngördü. Kara delik veya süpernova — güneşteki protonlara çarpıyor. Ancak kozmik ışınlar ve güneş hakkında bilinenlere dayanarak araştırmacılar, bu gama ışınlarının Dünya’ya ulaştığını görmenin nadir olacağını da öne sürdüler.
Ancak o zamanlar bu kadar yüksek enerjili gama ışınlarını tespit edebilecek bir cihaz yoktu ve bir süre de olmayacaktı. Bir milyar elektron volttan fazla enerjiye sahip gama ışınlarının ilk gözlemi, NASAFermi Gama-ışını Uzay Teleskobu 2011’de.
Sonraki birkaç yıl boyunca Fermi misyonu, bu ışınların yalnızca çok enerjik olabileceğini değil, aynı zamanda bilim adamlarının başlangıçta beklediğinden yaklaşık yedi kat daha fazla olduğunu da gösterdi. Ve daha da yüksek enerjilerde keşfedilecek gama ışınları kalmış gibi görünüyordu.
Bir teleskop uzaya fırlatıldığında, dedektörlerinin ne kadar büyük ve güçlü olabileceğinin bir sınırı vardır. Fermi teleskopunun güneş gama ışınlarına ilişkin ölçümleri yaklaşık 200 milyar elektron volta ulaşıyordu.
Her ikisi de Ohio Eyalet Üniversitesi’nde profesör olan John Beacom ve Annika Peter liderliğindeki teorisyenler, HAWC İşbirliği’ni incelemeye teşvik etti.
“Bizi dürttüler ve ‘Bir kesinti görmüyoruz’ dediler. Bir şeyler görebilirsin,” dedi Nisa.
HAWC İşbirliği, Kuzey Amerika, Avrupa ve Asya’da 30’dan fazla kurumu içeriyor ve bunların büyük bir kısmı, yeni makaledeki yaklaşık 100 yazar tarafından temsil ediliyor. Buna üç Spartalı daha dahildir: yüksek lisans öğrencisi Daniel Salazar-Gallegos, Profesör Emeritus James Linnemann ve fizik ve astronomi profesörü ve MSU Yüksek Lisans Okulu’nda dekan yardımcısı olan Kirsten Tollefson.
Nisa, ekibin ilk kez güneş ışınlarının enerjilerinin yaklaşık 10 TeV’ye kadar TeV aralığına kadar uzandığını gösterdiğini, bunun maksimum gibi göründüğünü söyledi.
Şu anda keşif, cevaplardan çok soru yaratıyor. Nisa, güneş bilimcilerinin artık bu gama ışınlarının tam olarak nasıl bu kadar yüksek enerjilere ulaştığı ve güneşin manyetik alanlarının bu olayda nasıl bir rol oynadığı konusunda kafalarını kaşıyacaklarını söyledi.
Konu kozmosa gelince, bu da heyecanın bir parçası. En yakın ve en sevdiğimiz yıldızı nasıl anladığımız konusunda bize bir şeylerin yanlış, eksik veya belki de her ikisinin birden olduğunu söyler.
Nisa, “Bu, HAWC’nin galaksimiz hakkındaki bilgilerimize en yüksek enerjilerde katkıda bulunduğunu ve kendi güneşimiz hakkında soruların önünü açtığını gösteriyor” dedi. “Olayları farklı bir açıdan görmemizi sağlıyor. Gerçekten.”
Referans: A. Albert ve diğerleri tarafından “HAWC ile Sakin Güneşten Gelen Gama Işınlarının Keşfi”. (HAWC İşbirliği), 3 Ağustos 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.051201