GİZEMLİ, YAKIN MESAFEDEKİ BİR NESNEDEN GELEN KOZMİK IŞINLAR KEŞFEDİLDİ

19 Kasım 2008: Uluslar arası bir araştırmacılar ekibi uzaydan Dünya’yı bombalayan yüksek – enerjili elektronların şaşırtıcı fazlalığını keşfetti. Bu kozmik ışınların kaynağı bilinmiyor, ancak güneş sistemine yakın olmalı ve karanlık maddeden yapılmış olabilir. Onların sonuçları Nature dergisinin Kasım 20 nci sayısında bildiriliyor.

Louisiana Eyalet Üniversitesi’nden ortak – yazar John Wefel, “Bu büyük bir keşif, genel galaktik geriplandan fırlayıp gelen hızlandırılmış kozmik ışınların farklı bir kaynağını ilk kez görüyoruz.”

Sağda: Dünya’nın üst atmosferine çarpan kozmik ışınların sanatsal gösterimi. Credit: Simon Swordy, University of Chicago.

Galaktik kozmik ışınlar, uzak süpernova patlamaları ve diğer şiddetli olaylar tarafından neredeyse ışık hızına hızlandırılan atom – altı parçacıklardır. Bunlar Samanyolu’nda kaynaşır, güneş sistemine tüm yönlerden giren yüksek enerjili parçacıkların hafif sisini oluştururlar. Kozmik ışınlar çoğunlukla protonlardan ve karışımı çeşnilendiren elektron ve fotonların çarpışmasıyla daha ağır atomik çekirdekten oluşur.

En güçlü ve ilginç kozmik ışınları incelemek için, Wefel ve çalışma arkadaşları son sekiz seneyi, Antarktika üzerindeki stratosferde bir seri balon uçurarak geçirdi. Her seferinde taşınan yük, NASA’nın finanse ettiği ATIC olarak isimlendirilen kozmik ışın detektörü idi [ATIC: İleri İnce İyonizasyon Kalorimetre]. Ekip ATIC’in başlıca proton ve iyonlardan oluşan olağan parçacık karışımını saymasını umuyordu, ancak kalorimetre ekstra bir şeyler buldu: bol miktarda yüksek – enerjili elektron.

Wefel bunu otoyolda aile otomobilleri, mini – karavanlar ve kamyonlar arasında araba kullanırken – aniden normal trafikte bir grup Lamborghini’nin dolup taşmasına benzetiyor. Yolda o kadar çok yarış arabası görmeyi ummazsınız – veya kozmik ışınların karışımında o kadar çok yüksek – enerjili elektron ummazsınız”. 2000 ve 2003’te beş haftalık balon uçurma sırasında, ATIC 300 – 800 GeV enerji aralığında 70 fazla elektron saydı. (“Fazla” galaktik geriplandan beklenen olağan sayının üzerinde anlamına geliyor.) Yetmiş elektron büyük bir rakam gibi görünmeyebilir, ama otoyoldaki yetmiş Lamborghini gibi, bu önemli bir fazlalıktır.

Yukarıda: ATIC yüksek – enerjili elektron sayımı. Üçgen eğri, 620 GeV’e yakın kütlenin Kaluza – Klein parçacığını belirten karanlık – madde imha modelinden gelen verilere uyuyor. Ayrıntılar Nature dergisinin 20 Kasım 2008 baskısında bulunabilir: “300 – 800 GeV enerjide kozmik ışın elektronlarının fazlalığı”, J. Chang.

NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi’nden ortak – yazar Jim Adams “Bu egzotik elektronların kaynağı göreli olarak güneş sistemine yakın olmalı – bir kiloparsec uzaktan fazla değil” diyor. [Parsec: 3,26 ışık yılı]

Kaynak neden yakında olmalı? Adams açıklıyor: “Yüksek – enerjili elektronlar, galakside uçarken hızla enerji kaybeder. Enerjiyi iki ana şekilde bırakırlar: (1) daha düşük – enerjili fotonlar ile çarpıştıkları zaman; bu ters Compton saçılma denen bir işlemdir. (2) Galaksinin manyetik alanında spirallenerek enerjilerinin bir kısmını yayarlar.” Zamanla elektron tüm bir kiloparsec yolculuk eder, artık o kadar ‘yüksek enerjili’ değildir.

Bu nedenle yüksek – enerjili elektronlar lokaldır. Araştırma ekibinin bazı üyeleri, kaynağın birkaç yüz parsek (parsek: 3,26 ışık yılı) uzaklıktan daha az mesafede olabileceğine inanıyor. Karşılaştırma için, spiral Samanyolu galaksisi diski yaklaşık otuz bin parsek genişliğindedir.

Wefel, “Ne yazık ki, gökyüzünde kaynağı tam olarak saptayamıyoruz” diyor. ATIC gelen parçacıkların yönünü ölçebilmesine rağmen, bu varış açılarını göksel koordinatlara tercüme etmek zordur. Detektör yüksek irtifadaki rüzgarların türbülent vorteksindeki Güney Kutbunda turlayan bir balonun sepetinde idi; bu işaretlemeyi çok zorlaştırır. Daha fazlası, gelen elektronlar kendi yönlerine sahipler, bu hesaplamayı birkaç derece karıştırıyor.

Sağda: ATIC kozmik ışın detektörü, yüksek – irtifalı araştırma balonunun ucuna asılmış, stratosfere yükseliyor.

Bu belirsizlik hayal gücünün dizginlerini salıveriyor. En az egzotik olasılıklar şunları içeriyor, örneğin, yakındaki bir pulsar (titreşen yıldız), bir ‘mikrokuasar’ veya yıldız – kütleli bir kara delik – hepsi elektronları bu enerjilere hızlandırma yeteneğine sahiptir. Gizlice dolaşan, belirlenmemiş böyle bir kaynağın uzakta olmaması olasıdır. NASA’nın son zamanlarda fırlattığı Fermi Gamma – ışını Uzay Teleskobu, bu nesnelerin bazılarını ortaya çıkarmak için yeterli hassaslıkla gökyüzünü incelemeye henüz başlıyor.

Daha fazla heyecan uyandıran bir olasılık karanlık maddedir.

Ekstra boyutları varsayarak diğer temel kuvvetler ile yerçekimini bağdaştırmayı arayan “Kaluza – Klein teorileri” denen bir fiziksel teori sınıfı vardır. Aşina olduğumuz 3B insan deneyimine ilave olarak, etrafımızdaki uzaya dokunmuş olan sekiz adet boyut daha olabilir. Karanlık maddenin popüler ama kanıtlanmamış bir açıklaması, karanlık madde parçacıklarının ekstra boyutlarda yerleşik olmasıdır. Onların varlığını yerçekimi kuvveti vasıtasıyla hissedebiliriz, ancak başka bir şekilde onları hissedemeyiz.

Karanlık madde fazla kozmik ışınları nasıl üretir? Kaluza – Klein parçacıkları garip özelliğe sahiptir, onlar kendi anti – parçacıklarına sahiptir. İki tanesi çarpıştığında, birbirlerini imha ederler, bu yüksek – enerjili fotonlar ve elektronların püskürtülmesini üretir. Elektronlar saklı boyutlarda kaybolmazlar, gerçek 3 – boyutlu dünyada materyalize olurlar, ATIC bunları “kozmik ışınlar” olarak belirleyebilir.

“Verilerimiz güneş sisteminin yakınlarındaki karanlık madde bulutu veya kümesi ile açklanabilir” diyor Wefel. “Özelde, farzedilen bir Kaluza – Klein parçacoğı vardır, bu 620 GeV2ye yakın kütleye sahiptir, imha olduğunda gözlediğimiz aynı enerji spektrumuna sahip olan elektronlar üretmelidir.”

Bu olasılığı test etmek saçma değildir, çünkü karanlık madde, karanlıktır. Ancak gamma – ışınları gibi diğer imha ürünlerini arayarak bulutu bulmak mümkün olabilir. Tekrar, Fermi Uzay Teleskobu kaynağı belirlemenin en iyi şansına sahip olabilir.

“Ne olursa olsun, şaşırtıcı olacak” diyor Adams.

http://science.nasa.gov/headlines/y2008/19nov_cosmicrays.htm?list69258

(ÇEVİRİ: Saffet Güler)