Kozmik ışın bilmecesi çözüldü: Suçlu kara delikler

Bu “kozmik diz” 70 yıldır tam çözülemeyen bir bilmeceydi. Çin’deki Büyük Yüksek İrtifa Hava Duşu Gözlemevi (LHAASO) şimdi bu sırra güçlü bir açıklama getirdi: Görünüşe göre bu çok enerjik parçacıkların arkasında kara deliklerin oluşturduğu özel sistemler, yani “mikrokuasarlar” var.

KOZMİK DİZ NEDİR?

Kozmik ışınlar, uzaydan gelen yüklü parçacıklar. Enerjileri düşükken sayıları çok fazla, enerji arttıkça sayıları azalıyor. Normalde bu azalma yumuşak bir eğri izliyor. Ancak 3 PeV civarında, beklenenden daha sert bir kırılma ortaya çıkıyor. İşte bu beklenmedik düşüş “knee” (diz) olarak biliniyor.

Uzun süre bilim insanları, bunun süpernovalar (patlayan yıldızlar) gibi bilinen kaynakların ulaşabildiği en yüksek enerji sınırını gösterdiğini düşündü. Ama süpernovaların, bu kadar yüksek enerjilere gerçekten ulaşıp ulaşamayacağı tartışmalıydı. Hangi gök cisimlerinin bu “diz bölgesi”ni doldurduğu net değildi.

GALAKSİNİN YENİ HIZLANDIRICILARI

Yeni çalışmada, gözler kara deliklere çevrildi. Bazı kara delikler, yanlarındaki yıldızlardan madde çekiyor. Bu madde, kara deliğe düşerken ısınıyor, hızlanıyor ve güçlü manyetik alanlarla birlikte iki kutuptan ince, çok güçlü jetler halinde uzaya fırlatılıyor. Bu sistemlere “mikrokuasar” deniyor.

LHAASO, beş farklı mikrokuasardan gelen çok yüksek enerjili gama ışınlarını detaylı biçimde ölçtü: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 ve Cygnus X-1. Özellikle SS 433’ten gelen ışımaların, çevresindeki dev bir gaz bulutuyla çakıştığı görüldü. Bu, kara delikten çıkan çok enerjik protonların gazla çarpışarak gama ışınları ürettiği anlamına geliyor.

Bu sistemlerdeki parçacıkların enerjisi, bilim insanlarının “PeV” dediği seviyelere kadar çıkıyor. Bu da mikrokuasarları, Samanyolu’nun içindeki doğal “parçacık hızlandırıcıları” hâline getiriyor. Yani galaksimizde, bir anlamda CERN benzeri ama çok daha güçlü, tamamen doğal hızlandırıcılar var.

LHAASO ayrıca, kozmik ışınların içindeki en hafif ve en yaygın parçacık türü olan protonların enerji dağılımını da çok hassas biçimde ölçmeyi başardı. Ortaya çıkan grafik, diz bölgesinde tekdüze bir geçiş yerine, ekstra bir yüksek enerjili bileşen olduğunu gösteriyor. Bu da farklı enerji aralıklarında farklı kaynakların devreye girdiğine işaret ediyor.

Sonuç olarak, düşük enerjilerde süpernovaların, diz civarı ve üstündeki enerjilerde ise kara delik jet sistemlerinin daha baskın olduğu anlaşılıyor. Bilim insanları, kozmik ışınların bu ünlü “diz” yapısını ilk kez belirli bir gök cismi türüyle – kara delik jetleriyle – doğrudan ilişkilendirebildiklerini söylüyor. Bu da hem kozmik ışınların kaynağı, hem de kara deliklerin evrendeki aşırı fiziksel süreçlerdeki rolü konusunda önemli bir dönüm noktası olarak görülüyor.