Çin'in gözlemevi kozmik ışınların 70 yıllık gizemini çözdü

Çin'in Büyük Yüksek İrtifa Hava Duşu Gözlemevi'nden (LHAASO) gelen yeni bulgular, kozmik ışınların kökenine ilişkin yetmiş yıllık bir gizemi çözmüştür. Çinli ve uluslararası bilim insanlarından oluşan ortak bir araştırma ekibi tarafından gerçekleştirilen çalışmada, kozmik ışın enerji spektrumunda 3 peta-elektronvolt (PeV) üzerinde gözlenen keskin azalmanın—bilim insanları tarafından 'diz' olarak adlandırılan bu yapının—kara delik sistemleri tarafından oluşturulan mikro-kuasarlardan kaynaklandığı ortaya konmuştur. Bu keşif, National Science Review ve Science Bulletin dergilerinde yayınlanan iki ayrı çalışmada detaylı biçimde sunulmuştur.

Kozmik ışınların 'diz' yapısı nedir?

Kozmik ışın enerji spektrumundaki 'diz' olarak bilinen bu yapı, yaklaşık yetmiş yıl önce keşfedilmesinden bu yana bilim insanlarını şaşırtmaya devam etmiştir. Bu fenomen, kozmik ışınların enerji dağılımında bir güç yasası fonksiyonundan diğerine geçişi temsil etmektedir. Araştırmacılar, bu 'diz'in kozmik ışınların astrofiziksel kaynaklarının hızlanma sınırıyla doğrudan ilişkili olduğunu ve parçacık hızlandırma mekanizmalarının bir sınırını işaret ettiğini uzun süredir tahmin etmişlerdir. Ancak bu teorileri gözlemsel verilerle desteklemek, teknolojik sınırlamalar nedeniyle son derece zor olmuştur. LHAASO'nun yeni keşfi, bu uzun süredir devam eden bilimsel soruya ilk kez somut ve kanıtlanabilir bir cevap sunmaktadır.

Kara delik sistemleri ve mikro-kuasarların rolü

Evrenin en esrarengiz nesneleri arasında yer alan kara delikler, ikili yıldız sistemlerinde yer aldıklarında çarpıcı fenomenler meydana getirirler. Bu sistemlerde, kara delikler yoldaş yıldızlardan malzeme çekerken, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden güçlü jetler üretirler ve böylece mikro-kuasarlar oluştururlar. LHAASO gözlemevi, ilk kez beş farklı mikro-kuasar sisteminden sistematik biçimde ultra-yüksek enerjili gama ışınları tespit etmeyi başarmıştır. Bu gama ışınlarını üreten birincil kozmik ışınların enerji seviyeleri, 1 peta-elektronvolt veya hatta 10 peta-elektronvolt'u aşmaktadır. Bu bulgular, daha önceki dönemlerde tanınan kozmik ışın kaynakları—örneğin süpernova kalıntıları—tarafından ulaşılamayan enerji eşiklerini aşmaktadır. Kara delik sistemlerinin aşırı fiziksel süreçleri, bu kadar yüksek enerjilere ulaşabilen tek mekanizma olarak ortaya çıkmaktadır.

LHAASO'nun teknolojik başarısı ve ölçüm hassasiyeti

LHAASO gözlemevinin bu başarısı, gelişmiş teknolojik yeteneklerinin doğrudan sonucudur. 'Diz' bölgesindeki kozmik ışınların son derece nadir olması ve atmosferik girişimin yoğun biçimde hissedilmesi nedeniyle, protonları diğer çekirdeklerden ayırt etmek tarihsel olarak çok zor olmuş ve bir zamanlar neredeyse imkansız kabul edilmiştir. LHAASO'nun çok parametreli ölçüm teknikleri, bu engelleri aşmayı mümkün kılmıştır. Araştırma ekibi, uydu deneylerinin sağladığı hassasiyete eşdeğer bir seviyede, yüksek saflıkta protonlardan oluşan büyük bir istatistiksel örnek elde etmeyi başarmıştır. Bu ölçüm, tamamen beklenmedik biçimde enerji spektrumunda yeni bir yapı ortaya çıkarmış ve açıkça yeni bir 'yüksek enerji bileşeni' göstermiştir. Bu keşif, kozmik ışın fiziğinde paradigma değişikliğini işaret etmektedir.