Evrende Bir Yolculuğa Başlamak: Galaksi Dışı Nötrino Fabrikalarının Keşfi. Kredi bilgileri: © Benjamin Amend
Araştırmacılar ilk kez, evrenin derinliklerinden gezegenimize ulaşan temel parçacıklar olan nötrinoların kökenini ortaya çıkardılar.
Son derece enerjik ve tespit edilmesi zor olan nötrinolar, Dünya’ya ulaşmadan önce milyarlarca ışık yılı yol alır. Bu temel parçacıkların Evrenimizin derinliklerinden geldiği bilinmesine rağmen, kesin kökenleri hala bir gizemdir. Würzburg Üniversitesi ve Cenevre Üniversitesi (UNIGE) tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, bu bilmecenin bir yönüne ışık tutuyor: nötrinoların, süper kütleli kara delikler tarafından beslenen galaktik çekirdekler olan blazarlarda doğduğu düşünülüyor. Bu sonuçlar dergide 14 Temmuz’da yayınlandı. Astrofizik Dergi Mektupları.
Gezegenimizin atmosferi sürekli olarak kozmik ışınlar tarafından bombalanıyor. Bunlar, son derece yüksek enerjilere sahip elektrik yüklü parçacıklardan oluşur – 10’a kadar20 elektron volt. Referans olarak, bu, dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısında elde edilen enerjiden bir milyon kat daha fazladır, CERNCenevre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı. İnanılmaz derecede enerjik parçacıklar, derin uzaydan geliyor ve milyarlarca ışıkyılı yol kat etti. Nereden geliyorlar, onları Evrende bu kadar muazzam bir güçle fırlatan nedir? Bu sorular, bir yüzyıldan fazla bir süredir astrofiziğin en büyük meydan okumaları arasında kalmıştır.
Kozmik ışınların doğum yerleri nötrino üretir. Bu nötr parçacıkların tespit edilmesi çok zordur. Neredeyse hiç kütleleri yoktur ve madde ile zar zor etkileşime girerler. Evrende yarışırlar ve galaksiler, gezegenler ve insan vücudunda neredeyse iz bırakmadan seyahat edebilirler. Almanya, Bavyera’daki Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg’dan astrofizik Profesörü Sara Buson, “Astrofiziksel nötrinolar yalnızca kozmik ışın hızlandırmasını içeren süreçlerde üretilir” diye açıklıyor. Bu nötrinoları, kozmik ışın kaynaklarını saptamanın yolunu açan benzersiz haberciler yapan şey tam olarak budur.
Tartışmalı bir tartışmada ileriye doğru bir adım
Astrofizikçilerin topladığı çok miktarda veriye rağmen, yüksek enerjili nötrinoların onları oluşturan astrofiziksel kaynaklarla ilişkisi yıllardır çözülmemiş bir problem olarak kaldı. Sara Buson bunu her zaman büyük bir zorluk olarak görmüştür. Araştırmacı ve işbirlikçilerin, dergide potansiyel bir nötrino kaynağı olarak tartışmaya ilk kez bir blazar (TXS 0506+056) getirmeleri 2017 yılındaydı. Bilim. Blazarlar, tüm galaksilerinden çok daha fazla radyasyon yayan süper kütleli kara delikler tarafından desteklenen aktif galaktik çekirdeklerdir. Blazarlar ve yüksek enerjili nötrinolar arasında gerçekten bir bağlantı olup olmadığına dair yayınla birlikte bilimsel bir tartışma ateşlendi.
Bu cesaret verici ilk adımın ardından, Haziran 2021’de Prof. Buson’un grubu, Avrupa Araştırma Konseyi’nin desteğiyle iddialı bir çoklu haberci araştırma projesine başladı. Bu, Evrenden gelen çeşitli sinyallerin (“haberciler”, örneğin nötrinolar) analiz edilmesini içerir. Ana amaç, astrofiziksel nötrinoların kökenine ışık tutmak ve muhtemelen blazarları, yüksek kesinlik ile ekstragalaktik yüksek enerjili nötrinoların ilk kaynağı olarak belirlemektir.
Proje şimdi ilk başarısını gösteriyor: Dergide Astrofizik Dergi MektuplarıSara Buson, grubuyla birlikte, eski doktora sonrası araştırmacı Raniere de Menezes (JMU) ve Cenevre Üniversitesi’nden Andrea Tramacere, blazarların astrofiziksel nötrinolarla benzeri görülmemiş bir kesinlik derecesinde güvenle ilişkilendirilebileceğini bildiriyor.
Blazarların rolünü ortaya çıkarmak
Andrea Tramacere, hızlanma süreçlerinin sayısal modellemesi ve göreceli jetlerde (hızlandırılmış madde çıkışları, ışık hızına yaklaşanlar) özellikle blazar jetlerde etki eden radyasyon mekanizmalarının sayısal modellemesinde uzmanlardan biridir. “Biriktirme süreci ve Kara delik parçacıkların hızlandırıldığı ve görünür ışığın bin milyarlık enerjilerine kadar radyasyon yayan göreli jetlerin oluşumuna yol açar! Bu nesneler ve kozmik ışınlar arasındaki bağlantının keşfi, yüksek enerjili astrofiziğin ‘Rosetta taşı’ olabilir!”
Bu sonuçlara ulaşmak için araştırma ekibi, Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi’nden (şu anda faaliyette olan en hassas nötrino dedektörü) nötrino verilerini ve en doğru blazar kataloglarından biri olan BZCat’i kullandı. “Bu verilerle, yön konumları nötrinolarınkiyle çakışan blazarların tesadüfen orada olmadığını kanıtlamamız gerekiyordu.” Bunu yapmak için UNIGE araştırmacısı, bu nesnelerin gökyüzündeki dağılımlarının ne kadar aynı göründüğünü tahmin edebilen bir yazılım geliştirdi. “Zarı birkaç kez attıktan sonra, rastgele ilişkilendirmenin gerçek verilerden ancak bir milyon denemede bir kez geçebileceğini keşfettik! Bu, ilişkilendirmelerimizin doğru olduğunun güçlü bir kanıtıdır.”
Bu başarıya rağmen, araştırma ekibi bu ilk nesne örneğinin sadece ‘buzdağının görünen kısmı’ olduğuna inanıyor. Bu çalışma, daha gerçekçi astrofiziksel hızlandırıcı modelleri oluşturmak için en önemli bileşen olan “yeni gözlemsel kanıtlar” toplamalarını sağladı. “Şimdi yapmamız gereken, nötrino yayan ve vermeyen nesneler arasındaki temel farkın ne olduğunu anlamaktır. Bu, çevrenin ve hızlandırıcının birbiriyle ne ölçüde ‘konuştuğunu’ anlamamıza yardımcı olacaktır. O zaman bazı modelleri ekarte edebileceğiz, diğerlerinin tahmin gücünü geliştirebileceğiz ve son olarak, sonsuz kozmik ışın hızlandırma bulmacasına daha fazla parça ekleyebileceğiz!”
Referans: Sara Buson, Andrea Tramacere, Leonard Pfeiffer, Lenz Oswald, Raniere de Menezes, Alessandra Azzollini ve Marco Ajello, “Evrende Bir Yolculuğa Başlamak: Galaksi Dışı Nötrino Fabrikalarının Keşfi”, 14 Temmuz 2022, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac7d5b