Yüksek enerjili bir ‘hayalet parçacığın’ geldiği galaksi ilk kez tespit edildi

Higgs bozonu ve kütleçekim dalgaları gibi uzay keşfinin önünü açana tarihi keşiflerin üzerine bir yenisi daha eklendi. Astronomlar, Antarktika’daki IceCube tesisi tarafından tespit edilen bir nötrino parçacığının oluştuğu galaksiyi tespit etmeyi başardı.

Nötrinolar, neredeyse sıfır kütleye sahip, yüksüz atomaltı parçacıkları temsil ediyor. Bu özellikleyi sebebiyle çevreleriyle çok az etkileşime giriyorlar. Öyle ki, bu ‘hayalet parçacıklardan’ trilyonlarcası her saniye vücudunuzun içinden geçip gidiyor.

Nötrinoların büyük kısmı Güneş’ten geliyor. Çok yüksek enerjiler saçan düşük bir miktar ise derin uzaydan gezegenimize ulaşıyor. Nötrinoların kendine özgü bilinmezliği, astronomların yıllarca hayalet parçacıkların nereden geldiği konusunda şüpheye düşürmüştü. Yapılan en son keşif ile derin uzayın en büyük gizemlerinden biri çözülmüş oldu.

Yüz yıl süren arayış son buldu

Güney Kutbu’nda yer alan IceCube Nötrino Gözlemevi ile yapılan taramalar, bir kozmik nötrinonun derin uzaydaki dev, spiral bir galaksiden geldiğini tespit etti. Merkezlerin yüksek hızla dönen süper dev karadelik bulunduran bu galaksilere ‘blazar’ adı veriliyor.

Kozmik nötrinoların, Dünya’ya yüksek enerjili kozmik ışınlar ile ulaştığı biliniyor. En son keşif ile blazar’ların uzayda en hızlı mesafe kat eden kozmik ışınların kaynaklarından biri olduğu da anlaşıldı.

Kozmik ışınlar ilk kez 1912’de keşfedilmiş ancak nereden geldikleri ve nasıl oluştukları tam olarak anlaşılamamıştı. En son araştırmanın başında yer alan Francis Halzen, “Yüz yıldan uzun bir süredir kozmik ışınların kaynağını araştıyorduk ve sonunda bir tane bulduk” ifadesini kullandı.

Küresel ekip çalışması

ABD Ulusal Bilim Derneği (NSF) tarafından idare edilen IceCube, Antarktika buzunun 2,5 kilometre derinliğine kadar inen tünellerde yer alan 86 kabloya sahip. Her bir kablo, 60 basketbol topu büyüklüğünde ‘dijital optik modüller’ içeriyor. Bu modüllerin her biri, ışınlara duyarlı alıcılara sahip.

Modüllerdeki alıcılar, bir nötrino bir atom çekirdeği ile etkileşime girdiği zaman yayılan mavi ışığı tespit ediyor. Bu ışık, etkileşim sonucu ortaya çıkan ikincil bir parçacık tarafından yayılıyor. Antarktika’nın derinliklerinde ortaya çıkan nötrino dışındaki tüm parçacıklar, buz katmanları tarafından filtreleniyor. Böylece alıcılara ulaşarak toplanan veriyi ‘kirletemiyorlar.’ Ancak nötrino tespiti ile sonuçlanan bu tepkimeler çok nadir yaşanıyor. IceCube’da bir yılda tespit edilen nötrino sayısı birkaç yüzü geçmiyor.

IceCube, ilk önemli keşfini 2013’te yapmış ve bir nötrino parçacığının Samanyolu’nun ötesindeki bir galaksiden geldiği anlaşılmıştı. Ancak bu galaksinin tam olarak nerede olduğu ve yapısı belirlenemişti. 22 Eylül 2017’de ise IceCube bir diğer kozmik nötrino keşfetti. Tespit edilen nötrinonun enerjisi 300 elektron volta eşitti. Yani, dünyanın en büyük atomaltı parçacık çarpıştırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda yer alan ptoronların 50 katı.

IceCube, bir dakika içinde gökbilimcilere otomatik bir bildiri gönderdi ve yüksek enerjili parçacığın kaynağı olabilecek koordinatlara ait bilgi sundu. Yer ve uzaydaki 20’ye yakın teleskop, elektromanyetik spektrumun tüm seviyelerinde gökyüzünü taramaya başladı. Düşük enerjili radyo dalgalarından yüksek enerjili gama ışınlarına kadar yapılan taramaların bir araya getirilmesi sonucunda, nötrinonun kaynağı olan kozmik adres Dünya’dan 4 milyar ışık yılı mesafede yer alan TXS 0506+056 adlı blazar olarak belirdi.

Gözlemlerde yer alan teleskoplardan, Dünya’nın yörüngesindeki NASA Fermi Gamma-ışını Uzay Teleskobu ve Kanarya Adaları’ndaki yer teleskobu MAGIC, TXS 0506+056 blazar’ından yayılan çok güçlü gama ışını patlamalarını tespit etmeyi başardı. IceCube arşivlerine bakıldığında ise geçmişte tespit edilen onlarca nötrinonun da aynı blazar’dan gelmiş olabileceği anlaşıldı. Söz konusu parçacıkların, 2014-2015’te tespit edilen nötrinoları kapsadığı belirtildi.

Araştırmada yer alan isimlerde Albrecht Karle, “Tüm parçalar yerine oturuyor… Arşiv bilgilerindeki nötrino parlamaları bağımsız bir onaylama rolü oynuyor. Birçok gözlemevi tarafından yapılan analizler söz konusu blazar’ın çok yüksek enerjili nötrinoların ve böylece yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağı olduğuna dair su götürmez delil oluşturuyor” dedi.

Blazar TXS 0506+056 hakkındaki bulgular, Science dergisinde yer alan iki ayrı araştırmada sunuldu. Bu yazılara bu ve bu bağlantılardan ulaşabilirsiniz.

Astrofiziğin altın çağı

Blazar’lar, ışın ve parçacıklardan oluşan iki jet akımları saçan süper parlak ve bir o kadar aktif galaksileri temsil ediyor. Bu galaksilerden yayılan iki jet akımlarından biri, doğrudan Dünya’ya ulaşıyor (Süper parlak belirlemelerinin bir nedeni de, Dünya’nın zaten jet akımının hedefinde olması).

Astronomlar bugüne dek binlerce blazar tespit etmiş olmasına rağmen, ilk kez TXS 0506+056 bir nötrino parçacığının ve kozmik ışınların kaynağı olarak kendini gösterdi. Space.com’a açıklama yapan Halzen, “Bu kaynak hakkında özel olan bir şey var ve ne olduğunu ortaya çıkarmalıyız” diyerek TXS 0506+056’nın farklılığına değiniyor.

Astronomi için çığır noktalarından biri olan araştırma, beraberinde birçok soruyu da getirdi. Örneğin, blazar’lar nasıl oluyor da nötrino ve kozmik ışınları akıl almaz hızlara ulaştırabiliyor? Halzen, bu tür soruların “çok mesajlı astrofizik” sayesinde cevaplanabileceğini düşünüyor. Bu da, kozmosu taramak için en az iki farklı sinyalin kullanılması anlamına geliyor.

Aslına bakılırsa, nötrino keşfi bir diğer çok mesajlı tespitin ardından geldi. Ekim 2017’de astronomlar iki süper kütleli nötron yıldızının çarpışmasını analiz etmeyi başarmıştı. Keşif, çarpışma esnasında yayılan elektromanyetik radyasyon ve kütleçekim dalgalarının tespiti sayesinde yapılmıştı.

NSF direktörü France Cordova’ya göre “çok mesajlı astrofiziğin çağına” adım atmış durumdayız. Cordova, “İlk olarak elektromanyetik radyasyon ve kütleçekim dagaları, şimdi de nötrinoların tespiti, bizlere gökyüzündeki en inanılmaz cisimler hakkında yeni bilgiler sunacak” ifadesini kullandı. Teknoloji ile artan gözlem gücü sayesinde, yakın gelecekte derin uzayın birçok gizemini çözmeye yaklaşacağımızı düşünmek gerçekten heyecan verici.