Dünya’ya yakın bir mikrokuasar güçlü bir radyasyon kaynağı olarak ortaya çıkıyor

Modern astronomi, özellikle yüksek enerjilerdeki elektromanyetik radyasyonun varlığından sorumlu olan göreceli çıkışların veya jetlerin, Dünya’dan uzaktaki aktif galaksilerin çekirdeklerinde yer aldığı inancına bağlı kaldı. Bununla birlikte, HAWC gözlemevinden alınan son veriler gerçeğin farklı bir resmini ortaya çıkarıyor: Galaksi içi “arka bahçemizden” astrofiziksel kaynaklar tarafından fırlatılan jetler aynı zamanda son derece yüksek enerjiye sahip gama fotonlarının kaynaklarıdır.

Son derece yüksek enerjilerdeki elektromanyetik radyasyon, yalnızca uzak galaksilerin aktif çekirdeklerinden fırlatılan jetlerde değil, aynı zamanda Samanyolu’nda bulunan ve mikrokuasar adı verilen jet fırlatan nesnelerde de üretiliyor. Uluslararası Yüksek İrtifa Su Çerenkov Gama Işını Gözlemevi’nden (HAWC) bilim adamlarının bu son bulgusu, ultra yüksek enerjili kozmik radyasyonun oluşumundan sorumlu mekanizmalara ilişkin önceki anlayışı kökten değiştiriyor ve pratikte daha sonraki çalışmalarda bir devrime işaret ediyor. .

Kozmik radyasyonun 1912 yılında Victor Hess tarafından keşfedilmesinden bu yana gökbilimciler, galaksimizde bu parçacıkların en yüksek enerjilere kadar hızlanmasından sorumlu olan gök cisimlerinin, süpernova kalıntıları adı verilen devasa süpernova patlamalarının kalıntıları olduğuna inanıyorlardı.

Ancak HAWC gözlemevinin son verilerinden farklı bir tablo ortaya çıkıyor: Son derece yüksek enerjili radyasyon kaynaklarının mikrokuasarlar olduğu ortaya çıkıyor. Krakov’daki Polonya Bilimler Akademisi Nükleer Fizik Enstitüsü’nden (IFJ PAN) astrofizikçiler keşifte önemli bir rol oynadı.

Çalışma yayınlandı dergide Doğa.

HAWC gözlemevi, uzaydan gelen parçacıkları ve fotonları özellikle yüksek enerjilerde kaydetmek amacıyla Meksika’daki Sierra Negra yanardağının yamacına inşa edildi. Tesis, Çerenkov radyasyonu olarak bilinen kısa süreli ışık parlamalarına duyarlı fotoçoğaltıcılarla donatılmış 300 çelik su tankından oluşuyor. Bu, sudaki ışık hızından daha hızlı hareket eden bir parçacık tankın içine düştüğünde tankta ortaya çıkar.

Tipik olarak HAWC, yüzlerce gigaelektronvolttan yüzlerce teraelektronvolta kadar değişen enerjilere sahip gama fotonlarını yakalar. Bunlar, görünür ışık fotonlarının enerjisinden trilyon kat daha büyük ve Büyük Hadronik Çarpıştırıcısı (LHC) hızlandırıcısında hızlandırılan protonların enerjisinden bir düzine kat daha büyük enerjilerdir.

Kuasarların içindeki süper kütleli kara delikler, yani bazı galaksilerin aktif çekirdekleri (çok büyük kütlelere sahip, sayıları yüz milyonlarca güneş kütlesine ulaşan nesneler), kendilerini çevreleyen birikim diskini hızlandırır ve maddeyi emer. Bu işlem sırasında, jet adı verilen çok dar ve çok uzun madde akışları, kara deliğin kutuplarına yakın bir yerden, dönme ekseni boyunca her iki yönde fırlatılır. Bunlar genellikle ışık hızına yakın hızlarda hareket ederek şok dalgalarına neden olur ve yüzlerce teraelektronvolta ulaşan son derece yüksek enerjili fotonlar burada üretilir.

Diğer galaksilerin çekirdeklerinde yer alan kuasarlar, bize oldukça uzak nesneler arasında yer alıyor. En yakın olanı (Markarian 231), Dünya’dan 600 milyon ışık yılı uzaktadır. Mikrokuasarlar için durum böyle değil. Bunlar, devasa bir yıldız ve onun madde soğuran kara deliğinden oluşan, yüzlerce ışıkyılı uzunlukta jetler yayan kompakt ikili sistemlerdir. Şu ana kadar yalnızca galaksimizde bu tür onlarca nesne keşfedildi.

“Mikrokuasarlardan tespit edilen fotonlar genellikle kuasarlardan çok daha düşük enerjilere sahiptir. Genellikle onlarca gigaelektronvolt seviyesindeki değerlerden bahsediyoruz. Bu arada, HAWC gözlemevinin dedektörleri tarafından kaydedilen verilerde oldukça inanılmaz bir şey gözlemledik: Michigan Tech Üniversitesi’nden Dr. Xiaojie Wang ve Dr. Maryland Üniversitesi’nden Huang, anormalliği ilk gözlemleyen kişiydi.

200 teraelektronvolta kadar enerjiye sahip fotonların kaynağının mikrokuasar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) olduğu bulunmuştur. Yay takımyıldızının arka planında, Dünya’dan yaklaşık 20.000 ışıkyılı uzaklıkta yer alır. Buradaki ana rol, kütlesi yaklaşık altı güneş kütlesi olan ve güneşin üç katı kütleye sahip dev yıldızdan madde çeken bir kara delik tarafından oynanıyor. Nesneler ortak bir kütle merkezi etrafında yörüngede dönüyor ve üç günde bir birbirlerinin etrafında dönüyorlar.

İlginç bir şekilde V4641 Sgr sisteminin yaydığı jet güneş sistemine doğru yönlendiriliyor. Bu konfigürasyonda, Dünya’da yaşayan bir gözlemci, maddenin jetin başlangıcındaki ve sonundaki zamanına ilişkin göreceli olarak çarpık bir algıya sahiptir: Ön kısmı gerçekte olduğundan daha genç görünmeye başlar. Sonuç olarak, jet uzayda süper ışık hızıyla, mevcut durumda ışık hızının dokuz katı kadar bir hızla yayılıyor gibi görünüyor.

“Önemli bir şekilde, V4641 Sgr mikrokuasarının benzersiz olmadığı ortaya çıktı. Bu arada son derece enerjik fotonlar sadece bundan değil aynı zamanda LHAASO gözlemevi tarafından tespit edilen diğer mikrokuasarlardan da tespit ediliyor. Bu nedenle mikrokuasarların kozmik ışın radyasyonuna önemli ölçüde katkıda bulunması muhtemel görünüyor. galaksimizdeki en yüksek enerjiler” diye ekliyor Dr. Casanova.

Son keşif yalnızca kozmik ışın bilim adamlarının ilgisini çekmiyor. Bu, Dünya’dan nispeten küçük bir mesafede, jet oluşumu ve ultra-enerjik foton üretimi mekanizmalarının, kara deliğin kütlesine uygun şekilde ölçeklendirilmiş aktif, uzak galaksilerin çekirdeklerindeki mekanizmalara benzer şekilde iş başında olması gerektiğini kanıtlıyor. Mikrokuasarlardaki bu süreçler çok daha insan dostu bir zaman ölçeğinde gerçekleşir; yüzbinlerce veya milyonlarca yıl değil, günler boyunca.

Dahası, mikrokuasarlar tarafından yayılan fotonların, her yerde bulunan kozmik arka plan radyasyonunun fotonları ile etkileşimleri sırasında dağılabilecekleri veya absorbe edilebilecekleri kozmik boşluğun milyonlarca ışıkyılı boyunca ilerlemek zorunda değiller. Bütün bunlar, astrofizikçilerin ilk kez galaksilerin evrimi için hayati öneme sahip süreçlere ilişkin kapsamlı ve neredeyse hiç müdahale edilmeden gözlem yapma yeteneğini kazandıkları anlamına geliyor.