Uluslararası Uzay İstasyonundaki CALorimetrik Elektron Teleskobu (CALET) cihazından elde edilen yaklaşık sekiz yıllık verileri kullanan yeni bir çalışma, daha önceki çalışmalara göre daha fazla elektronun yüksek enerjilere ulaştığını bildiriyor. Verilerin dikkatli analizi, süpernova kalıntıları içindeki kozmik ışın elektron hızlanma süreçlerinin anlaşılmasını destekler ve yüksek enerjili kozmik ışın elektronlarının bir veya daha fazla yerel (kozmik açıdan konuşursak) kaynağının önerilmesini sağlar. Kredi bilgileri: NASA
CALET cihazı daha önce kaydedilenlerden daha fazla enerjiyle gelen elektronları tespit etti.
Verileri kullanan yeni bir çalışma CALorimetrik Elektron Teleskobu (CALET) gemideki enstrüman Uluslararası Uzay istasyonu galaksinin bir bütün olarak nasıl işlediğinin daha iyi anlaşılmasına katkıda bulunan yakınlardaki genç kozmik ışın elektron kaynaklarına dair kanıtları ortaya çıkardı.
Çalışma, 2015’ten bu yana CALET’in dedektörüne gelen parçacıkları temsil eden yedi milyondan fazla veri noktasını içeriyordu ve CALET’in elektronları en yüksek enerjilerde tespit etme yeteneği benzersizdir. Sonuç olarak veriler, daha önceki çalışmalara göre daha fazla yüksek enerjili elektron içeriyor. Bu, verilerin istatistiksel analizini daha sağlam hale getiriyor ve kozmik ışın elektronlarının bir veya daha fazla yerel kaynağının olduğu sonucuna destek sağlıyor.
UMBC’nin Uzay Bilimleri ve Teknolojisi Merkezi’nde yardımcı araştırma bilimcisi olan Nicholas Cannady, “CALET’in aradığı temel şeylerden biri bu” diyor. NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi ve çalışmanın lideri. Bu makaleyle şunu ekliyor: “Gerçekten çok az etkinliğin olduğu alana girebildik ve en yüksek enerjilerdeki şeyleri aramaya başladık, bu da heyecan verici.”
Galaksinin daha iyi anlaşılması
Mevcut teori, süpernova kalıntıları olarak adlandırılan süpernovaların (patlayan yıldızlar) ardından, belirli bir kozmik ışın türü olan bu yüksek enerjili elektronları ürettiğini öne sürmektedir. Cannady, elektronların kaynaklarını terk ettikten sonra çok hızlı bir şekilde enerji kaybettiklerini, bu nedenle CALET’e yüksek enerjiyle gelen nadir elektronların, nispeten yakınlardaki (kozmik ölçekte) süpernova kalıntılarından kaynaklandığına inanıldığını açıklıyor.
Cannady, çalışmanın sonuçlarının “bu yüksek enerjili elektronları anlamak için sahip olduğumuz paradigmanın (süpernova kalıntılarından geldikleri ve bizim düşündüğümüz şekilde hızlandırıldıkları yönünde) güçlü bir gösterge” olduğunu söylüyor. Bulgular “bu süpernova kalıntılarında neler olup bittiğine dair fikir veriyor ve galaksiyi ve galaksideki bu kaynakları daha iyi anlamanın bir yolunu sunuyor.”
CALET, Shoji Torii liderliğindeki Japonya, İtalya ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki gruplar tarafından inşa edilen ve işletilen ortak bir projedir. Japonya’da bu çalışmaya katkıda bulunanların başında Tokyo’daki Waseda Üniversitesi’nden Torii, Yosui Akaike ve Holger Motz geliyor ve Louisiana Eyalet Üniversitesi ABD’deki lider kurumdur. Fiziksel İnceleme Mektupları.
Yeni veriler yeni kozmik ışın kaynaklarına yol açıyor
Önceki çalışma, CALET’e gelen elektron sayısının, enerjinin yaklaşık 1 teravolta (TeV) veya 1 trilyon elektron volta kadar artmasıyla birlikte istikrarlı bir şekilde azaldığını buldu. Daha da büyük enerjiyle gelen elektronların sayısı son derece düşüktü. Ancak bu çalışmada CALET beklenen düşüşü görmedi. Bunun yerine, sonuçlar, parçacık sayısının en yüksek enerjilerde sabit kaldığını ve hatta birkaç durumda 10 TeV’ye kadar yükseldiğini gösteriyor.
Önceki deneyler yalnızca yaklaşık 4 TeV’ye kadar olan parçacıkları ölçebiliyordu; bu nedenle, bu çalışmada bunun üzerindeki en yüksek enerji olayı adayları, yakınlardaki potansiyel kozmik ışın elektronları kaynakları hakkında önemli bir yeni bilgi kaynağıdır. Cannady, gerçek bir sinyali temsil ettiklerini doğrulamak için bu olayların her birini ayrı ayrı analiz etme çabasına öncülük etti ve bu olaylara daha derinlemesine bir bakış yakında gelecektir.
Zorlukların üstesinden gelmek
Yüksek enerjilerdeki elektronları ve protonları ayırt etmek zordur ve gelen protonların sayısı elektronlardan çok daha fazladır, bu da doğru bir analiz için zorluklar oluşturur. Parçacıkları birbirinden ayırmak için araştırmacılar tarafından geliştirilen bir program, parçacıkların dedektöre çarptığında nasıl parçalandığını analiz ediyor. Protonlar ve elektronlar farklı şekilde parçalanır, dolayısıyla bu süreçte oluşturdukları parçacık dizisini karşılaştırmak protonları filtreleyebilir. Ancak en yüksek enerjilerde protonlar ve elektronlar arasındaki farklar azalarak verilerden yalnızca protonların doğru bir şekilde çıkarılmasını zorlaştırır.
Bu sorunu çözmek için Cannady, CALET ekibinin, yüksek enerjili olayların her birinin geldiği yönden gelen hem protonların hem de elektronların parçalanma modellerini simüle etme çabasına öncülük etti. Bu, ekibin olayların elektron mu yoksa proton mu olduğunu mümkün olduğunca doğru bir şekilde belirleme yeteneğini artırdı.
Cannady, bu çalışmaya dayanarak, “Olayların proton olma olasılığını gerçekçi bir şekilde değerlendirdiğimize inanıyoruz” diyor. Gerçek bir sinyal olduğu sonucuna varmak için dikkatli bir analizden sonra veri kümesinde yeterli olduğu varsayılan elektron kalır.
Sınırları zorlamak
LSU’da fizik profesörü ve ABD CALET işbirliği lideri T. Gregory Guzik, verilerin daha ayrıntılı analizinin, yakındaki süpernova kalıntıları için en iyi üç adaydan gelen elektronların yüksek enerjili gelişleri açıklayabileceğini öne sürmesinden heyecan duyuyor.
Guzik, “Bu CALET gözlemleri, yakındaki belirli bir süpernova kalıntısından elde edilen maddenin Dünya’da ölçülebileceği yönündeki heyecan verici olasılığı ortaya çıkarıyor” diye paylaşıyor. “Uluslararası Uzay İstasyonunun ömrü boyunca devam eden CALET ölçümü, galaksimizdeki göreli maddenin kökeni ve taşınmasına yeni bir ışık tutmaya yardımcı olacaktır.”
Cannady’ye göre, “En heyecan verici kısım, olayları en yüksek enerjilerde görmek. 10 TeV’nin üzerinde bazı adaylarımız var ve eğer bunların gerçek elektron olayları olduğu ortaya çıkarsa, bu, yakındaki bir kaynağın açık kanıtı için gerçekten kesin bir delil olacaktır” diyor. “Aslında CALET’in yapmak istediği şey buydu, bu yüzden bunun üzerinde çalışmak ve sonunda daha önce gördüklerimizin sınırlarını zorlayan sonuçlar elde etmek heyecan verici.”
Referans: 9 Kasım 2023 tarihine kadar “Uluslararası Uzay İstasyonunda CALET ile TeV Bölgesindeki Kozmik Işın Elektronları+Pozitronların Spektral Yapısının Doğrudan Ölçümü”, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.191001