1970’lerin sonlarında keşfedilen SS 433 adlı astronomik cisim, yıllar sonra da araştırmacıların ilgisini çekmeye devam ediyor. Bu nesne bir gaz bulutsusunun merkezinde X-ışınları yayar.
SS 433, Güneş’in yaklaşık on katı kütleye sahip bir kara delik ve benzer kütleye sahip ancak çok daha büyük bir hacim kaplayan bir yıldızdan oluşan bir ikili yıldız sistemidir. Bu nesneler ortalama 13 günlük bir süre ile birbirlerinin etrafında dönerler.
Kara deliğin çekim alanı, yıldızın yüzeyinden malzemeyi çekerek kara deliği besleyen sıcak bir gaz diski oluşturur. Madde bir kara deliğe düştüğünde, yüklü parçacıklardan (plazma) oluşan iki dar jet ışını, ışık hızının dörtte birine yaklaşan bir hızla diskin düzlemine dik olarak düşer.
SS 433’ün jetleri, merkezi ikili yıldızdan bir ışık yılından daha az bir mesafede, radyo-X-ışını aralıklarında gözlenmektedir. Ancak kaynaktan yaklaşık 75 ışıkyılı uzaklıkta jetler aniden parlak X-ışını radyasyonu kaynakları haline gelir. Bu salgının neden ortaya çıktığı uzun süredir bir sır olarak kaldı.
Benzer göreli jetler, aktif galaksilerin (örneğin kuasarların) merkezlerinde de gözlenmektedir, ancak bu jetler boyut olarak SS 433’ün jetlerinden önemli ölçüde daha büyüktür. Bu benzetmeyle SS 433 gibi nesneler mikrokuasarlar olarak sınıflandırılır. Yakın zamana kadar mikrokuasarlardan gelen gama ışınlarını gözlemlemek imkansızdı. Ancak 2018 yılında kozmik gama ışınlarını tespit etmek için tasarlanan Cherenkov teleskop dizisi HESS Gözlemevi, SS 433 jetlerinden gelen yüksek enerjili gama ışınlarını tespit etti. Bu tespit, jetlerin içindeki parçacıkların aşırı enerjilere kadar hızlandığını gösteriyor.
Ancak şimdiye kadar parçacık ivmesinin tam olarak nasıl ve nerede gerçekleştiği belli değildi. SS 433’ün yaydığı gama ışınlarının incelenmesinin önemli bir avantajı var: SS 433’ün jetleri en yakın aktif galaksinin (Centaurus A) jetlerinden 50 kat daha küçük olmasına rağmen, SS 433 Samanyolu’nun içinde Dünya’ya bin kat daha yakın bir konumda bulunuyor. Sonuç olarak, SS 433’ün jetlerinin görünür boyutu çok daha büyüktür ve dolayısıyla bunların özelliklerinin mevcut nesil gama ışını teleskoplarıyla incelenmesi daha kolaydır.
HESS gözlemevindeki araştırmacılar, SS 433’ün gözlem kampanyasını yürüttüler. Teleskopların mükemmel açısal çözünürlüğü ve yüksek hassasiyeti sayesinde, jetler içindeki gama ışınlarının kaynağının yerini tam olarak belirleyebildiler. Bunun çok ilginç bir keşif olduğu ortaya çıktı.
Çalışmanın en önemli sonucu, gama radyasyonunun enerjisine bağlı olarak konumunda bir değişiklik olduğunun keşfedilmesiydi. En yüksek enerjili gama ışını parçacıkları yalnızca jetlerin yeniden ortaya çıktığı noktada tespit edildi. Aynı zamanda jetlerin daha uzak bölgelerinde daha düşük enerjili parçacıklar tespit edildi.
Bu gözlem, jet akımlarındaki gama radyasyonunun enerjiye bağlı olduğunu göstermektedir. Araştırmacılar bu sonuç karşısında şaşırdılar çünkü parçacık ivmesinin tam olarak jetlerin yeniden ortaya çıktığı noktada meydana gelmesini beklemiyorlardı.
“Bu, gama radyasyonunun şeklinin enerjiye bu kadar bağımlı olduğuna dair ilk gözlemdir. Çalışmayı yöneten Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Laura Olivera-Nieto şöyle açıklıyor: Jetlerin yeniden ortaya çıktığı noktada en yüksek enerjiye sahip fotonların konsantrasyonu, orada parçacık ivmesinin meydana geldiği anlamına geliyor ki bu da beklenmedik bir keşifti. SS 433’ün.
Bu araştırma, göreceli jetlerde meydana gelen süreçlerin anlaşılmasında önemli ilerleme kaydetti. Gama radyasyonunun gözlemlenen enerji bağımlılığını modelleyerek bu tür jetlerin hızı tahmin edildi.
Jetlerin yayılma hızı ile hareket etme hızları arasındaki farkın, güçlü bir şokun varlığına işaret ettiği ortaya çıktı – ortamın özelliklerinde parçacıkları daha da hızlandıran keskin bir geçiş. Şok dalgası aynı zamanda X-ışını jetlerinin görünümünü de açıklayabilir, çünkü hızlandırılmış elektronlar X-ışınları üretir. Ters Compton etkisi, parçacıkların enerjilerini hafif parçacıklara ne kadar hızlı aktardığını açıklar; bu, yüksek enerjili gama ışını fotonları gözlemlendiğinde gerçekleşir.
Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’ndeki astrofizik plazma teorisi grubundan Brian Reville şöyle açıklıyor: “Bu sistemde parçacık ivmesinin meydana gelmesiyle ilgili pek çok spekülasyon yapıldı. Ve artık orada değiller: Sonuç aslında ivmenin konumunu, ivmelenen parçacıkların doğasını belirliyor ve kara deliğin yaydığı büyük ölçekli jetlerin hareketini incelememize olanak sağlıyor.” Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü Nükleer Fizik Enstitüsü müdürü Jim Hinton, sonuçların önceki spekülasyonları tamamen boşa çıkardığını ve parçacık ivmesinin karmaşık mekanizmalarına açıklık getirdiğini açıkladı.
Ancak şok dalgası oluşum sürecinin kendisi bir sır olarak kalıyor. Henüz mevcut hiçbir model jetlerin tüm özelliklerini aynı şekilde açıklayamıyor. Olivera-Nieto bu konuyu daha fazla araştırmayı planlıyor; bu önemli çünkü incelenen sistemin göreceli yakınlığı jetlerdeki parçacıkların ivmesini incelemek için eşsiz bir fırsat sunuyor. Bu tür araştırmaların sonuçları gelecekte kuasar jetlerinin gözlemlerinde kullanılabilir ve en enerjik kozmik ışınların araştırılmasında yeni ufuklar açılabilir.
Yüksek enerjili gama ışınlarının gözlemlenmesi özel bir tekniğin kullanılmasını gerektirir. Bir gama kuantumu Dünya atmosferine girdiğinde, atomlar ve moleküllerle bir çarpışma meydana gelir ve bunun sonucunda yeni parçacıklar oluşur. Özel donanımlı büyük yer tabanlı teleskoplar kullanılarak gözlemlenebilen, çığ gibi Dünya’ya doğru koşan ve Çerenkov radyasyonu yayan bu parçacıklardır.
Gama ışını astronomisi, atmosferi dev bir floresan ekran olarak kullanır. Namibya’nın Homas Yaylası’nda 1835 metre yükseklikte bulunan HESS gözlemevi, yüksek enerjili gama ışınlarının araştırılmasında büyük rol oynuyor. Dört adet 12 metre çapında ayna ve bir adet 28 metre çapında ayna içeren beş teleskoptan oluşan bir dizi ile donatılmış olan bu sistem, en büyük ve en hassas Çerenkov teleskop sistemidir. HESS, birkaç ila birkaç on teraelektronvolt aralığındaki gama ışınlarını tespit edebilir ve bu da dünyadaki en yüksek enerjilerin araştırılmasını mümkün kılar.
