Fırıldak galaksisindeki süpernova SN 2023ixf’nin 2023 yılında gözlemlenmesi kozmik ışın üretimini incelemek için benzersiz bir şans sağladı, ancak beklenen gama ışınları NASA’nın Fermi Teleskobu tarafından tespit edilmedi, bu da beklenenden çok daha düşük enerji dönüşüm oranlarına işaret ediyordu. Kredi bilgileri: NASA
SN 2023ixf’nin 2023’teki gözlemleri, süpernovalar tarafından kozmik ışın üretimine ilişkin şaşırtıcı bulgulara yol açtı; bu bulgular, kozmik ışın kökenlerini ve hızlanma mekanizmalarını anlamaya yönelik potansiyel çıkarımlara yol açtı.
2023 yılında yakındaki bir süpernova, astrofizikçilere, bu tür patlamaların kozmik ışınlar adı verilen parçacıkları nasıl ışık hızına yakın hızlara çıkardığına dair fikirleri test etmek için mükemmel bir fırsat sundu. Ancak şaşırtıcı bir şekilde NASA’nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, bu parçacıkların üretmesi gereken yüksek enerjili gama-ışını ışıklarının hiçbirini tespit etmedi.
18 Mayıs 2023’te, Büyük Ayı takımyıldızında yaklaşık 22 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan yakındaki Fırıldak gökadasında (Messier 101) bir süpernova patladı. SN 2023ixf adı verilen olay, Fermi’nin 2008’de fırlatılmasından bu yana yakınlarda keşfedilen en parlak süpernovadır.
Fermi Teleskobundan Beklenmedik Sonuçlar
İtalya’daki Trieste Üniversitesi’nden araştırmacı Guillem Martí-Devesa, “Astrofizikçiler daha önce süpernovaların toplam enerjilerinin yaklaşık %10’unu kozmik ışın ivmesine dönüştürdüğünü tahmin ediyordu” dedi. “Fakat bu süreci hiçbir zaman doğrudan gözlemlemedik. SN 2023ixf’nin yeni gözlemleriyle hesaplamalarımız patlamadan sonraki birkaç gün içinde %1’e kadar düşük bir enerji dönüşümüyle sonuçlanıyor. Bu, süpernovaların kozmik ışın fabrikaları olduğunu göz ardı etmiyor ancak onların üretimi hakkında öğrenecek daha çok şeyimiz olduğu anlamına geliyor.”
Martí-Devesa’nın Avusturya’daki Innsbruck Üniversitesi’ndeyken yürüttüğü makale, derginin gelecek baskısında yer alacak. Astronomi ve Astrofizik.
Gama ışınlarını tespit edemese bile, NASAFermi Gama Işını Uzay Teleskobu, gökbilimcilerin evren hakkında daha fazla bilgi edinmesine yardımcı oluyor. Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
Kozmik Işınlar ve Kökenleri
Her gün trilyonlarca trilyonlarca kozmik ışın Dünya’nın atmosferine çarpıyor. Bunların kabaca %90’ı hidrojen çekirdekleri veya protonlardır ve geri kalanı elektronlar veya daha ağır elementlerin çekirdekleridir.
Bilim adamları 1900’lerin başından beri kozmik ışının kökenlerini araştırıyorlar, ancak parçacıkların kaynaklarına kadar takip edilemiyor. Kozmik ışınlar elektrik yüklü oldukları için karşılaştıkları manyetik alanlar sayesinde Dünya’ya doğru giderken yön değiştirirler.
NASA’nın Greenbelt, Maryland’deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nde Fermi projesi bilimcisi olan Elizabeth Hays, “Ancak gama ışınları doğrudan bize ulaşıyor” dedi. “Kozmik ışınlar çevrelerindeki maddeyle etkileşime girdiğinde gama ışınları üretir. Fermi, yörüngedeki en hassas gama ışını teleskobu olduğundan, beklenen bir sinyali tespit edemediğinde, bilim adamlarının bunun yokluğunu açıklaması gerekiyor. Bu gizemi çözmek, kozmik ışının kökenlerine dair daha doğru bir tablo oluşturacaktır.”
Fred Lawrence Whipple Gözlemevi’nin 48 inçlik teleskopu, Fırıldak gökadasının (Messier 101) bu görünür ışık görüntüsünü Haziran 2023’te yakaladı. Süpernova 2023ixf’nin konumu daire içine alınmıştır. Arizona’daki Hopkins Dağı’nda bulunan gözlemevi, Astrofizik Merkezi tarafından işletilmektedir | Harvard ve Smithsonian. Kredi bilgileri: Hiramatsu ve ark. 2023/Sebastian Gomez (STScI)
Kozmik Işın Hızlandırıcıları Olarak Süpernovalar
Astrofizikçiler uzun süredir süpernovaların kozmik ışına en çok katkıda bulunanlar olduğundan şüpheleniyorlardı.
Bu patlamalar, Güneş kütlesinin en az sekiz katı olan bir yıldızın yakıtı bittiğinde meydana gelir. Çekirdek çöker ve sonra geri dönerek yıldızın içinden dışarı doğru bir şok dalgası yayar. Şok dalgası parçacıkları hızlandırarak kozmik ışınlar yaratır. Kozmik ışınlar yıldızı çevreleyen diğer madde ve ışıkla çarpıştığında gama ışınları üretirler.
Süpernovalar bir galaksinin yıldızlararası ortamını büyük ölçüde etkiler. Patlama dalgaları ve genişleyen enkaz bulutu 50.000 yıldan fazla sürebilir. 2013 yılında yapılan Fermi ölçümleri, süpernova kalıntılarının bizim evrenimizde de bulunduğunu gösterdi. Samanyolu Galaksi, yıldızlararası maddeye çarptığında gama ışını üreten kozmik ışınları hızlandırıyordu. Ancak gökbilimciler, kalıntıların, bilim adamlarının Dünya’daki ölçümleriyle eşleşmeye yetecek kadar yüksek enerjili parçacık üretmediğini söylüyor.
Bir teori, süpernovaların, ilk patlamadan sonraki ilk birkaç gün ve hafta içinde galaksimizdeki en enerjik kozmik ışınları hızlandırabileceğini öne sürüyor.
Ancak süpernovalar nadirdir; Samanyolu gibi bir galakside yüzyılda yalnızca birkaç kez meydana gelir. Yaklaşık 32 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir süpernova ortalama olarak yılda yalnızca bir kez meydana gelir.
Görünür ışık teleskoplarının SN 2023ixf’yi ilk kez görmesiyle başlayan bir aylık gözlemlerden sonra Fermi, gama ışınlarını tespit edememişti.
Zorluklar ve Gelecek Araştırmaları
Fransa’daki Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi’nin bir parçası olan Montpellier Evren ve Parçacık Laboratuvarı’nda astrofizikçi olan ortak yazar Matthieu Renaud, “Ne yazık ki, hiçbir gama ışınını görmemek, kozmik ışınların olmadığı anlamına gelmiyor” dedi. “Gama ışınlarının yokluğunu kozmik ışın üretimi için bir üst sınıra dönüştürmek amacıyla hızlanma mekanizmaları ve çevresel koşullarla ilgili tüm temel hipotezleri gözden geçirmek zorundayız.”
Araştırmacılar, patlamanın enkazı dağıtma şekli ve yıldızı çevreleyen malzemenin yoğunluğu gibi, Fermi’nin olaydan kaynaklanan gama ışınlarını görme yeteneğini etkilemiş olabilecek birkaç senaryo önermektedir.
Fermi’nin gözlemleri, süpernova patlamasından hemen sonraki koşulları incelemek için ilk fırsatı sağlıyor. SN 2023ixf’nin diğer dalga boylarındaki ek gözlemleri, bu olaya dayanan yeni simülasyonlar ve modeller ve diğer genç süpernovalara ilişkin gelecekteki çalışmalar, gökbilimcilerin evrenin kozmik ışınlarının gizemli kaynaklarına odaklanmalarına yardımcı olacak.
Fermi, Goddard tarafından yönetilen bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır. Fermi, ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde, Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve ABD’deki akademik kurumların ve ortakların önemli katkılarıyla geliştirildi.