Dünyaya Yakın Mikrokuasar Daha Önce Görülmemiş Düzeylerde Kozmik Işınlar Saçıyor

Mikrokuasarların artık inanılmaz derecede yüksek enerjili fotonlar yaydığı biliniyor, bu da yalnızca uzak kuasarlardan gelen kozmik radyasyonla ilgili eski teorilere meydan okuyor ve galaktik olaylarla ilgili çalışmalarımızı değiştiriyor. Resmin Kaynağı: SciTechDaily.com

Samanyolu içindeki V4641 Sagittarii gibi mikrokuasarların, daha önce yalnızca uzak (devasa) kuasarlara atfedilen enerji seviyelerine sahip fotonlar yaydığı keşfedildi.

HAWC gözlemevinden gelen bu keşif, bu yerel nesnelerin kozmik radyasyona önemli ölçüde katkıda bulunabileceğini ve aktif galaktik çekirdeklerdekine benzer mekanizmaların daha yakından görülebileceğini göstermektedir. Bu durum anlayışımızı değiştirmekte ve kozmik ışın emisyonları ile jet oluşum süreçlerinin daha net ve doğrudan incelenmesine olanak sağlamaktadır.

Kozmik Radyasyon Çalışmalarında Devrim

Son derece yüksek enerjili elektromanyetik radyasyon sadece uzak galaksilerin aktif çekirdeklerinden çıkan jetler tarafından değil, aynı zamanda Samanyolu'muzdaki mikrokuasarlar olarak bilinen jet fırlatan nesneler tarafından da üretilmektedir. Uluslararası Yüksek İrtifa Su Çerenkov Gama Işını Gözlemevi'nden (HAWC) bilim insanlarının çığır açan bu keşfi, ultra yüksek enerjili kozmik radyasyonun nasıl oluştuğuna dair anlayışımızı önemli ölçüde değiştirerek bu fenomenlerin incelenmesinde büyük bir değişime işaret ediyor.

Kozmik radyasyonun 1912'de Victor Hess tarafından keşfinden bu yana gökbilimciler, bu parçacıkları galaksimizdeki en yüksek enerjilere hızlandırmaktan sorumlu kaynakların, süpernova kalıntıları olarak bilinen büyük süpernova patlamalarının kalıntıları olduğuna inanıyorlardı. Ancak, HAWC gözlemevinden gelen yeni veriler farklı bir görüş ortaya koyuyor: mikrokuasarlar artık bu aşırı yüksek enerjili radyasyonun kaynakları olarak ortaya çıkıyor. Krakow'daki Polonya Bilimler Akademisi Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (IFJ PAN) astrofizikçiler, Ulusal Bilim Merkezi'nden aldıkları hibe ile bu keşifte önemli bir rol oynadılar.

Mikrokuasar V4641 Sag'ın çevresindeki yüksek enerjili kozmik ışın kaynakları, solda bir tera-elektronvoltun üzerindeki enerjilerle, sağda - yüzlerce tera-elektronvolt. Mikrokuasarın konumu sarı bir nokta ile işaretlenmiştir. Resmin Kaynağı: IFJ PAN / HAWC

HAWC'de Yüksek Enerjili Fenomenler

HAWC gözlemevi, özellikle yüksek enerjilerde uzaydan gelen parçacıkları ve fotonları kaydetmek amacıyla Meksika'daki Sierra Negra yanardağının yamacına kurulmuştur. Tesis, Cherenkov radyasyonu olarak bilinen kısa süreli ışık parıltılarına duyarlı foto-çoğaltıcılarla donatılmış 300 çelik su tankından oluşmaktadır. Bu radyasyon, suda ışık hızından daha hızlı hareket eden bir parçacık tankın içine düştüğünde ortaya çıkar.

HAWC tipik olarak yüzlerce giga-elektronvolt ile yüzlerce tera-elektronvolt arasında değişen enerjilere sahip gama fotonlarını yakalar. Bunlar, görünür ışık fotonlarının enerjisinden bir trilyon kata kadar daha büyük ve Büyük Hadronik Çarpıştırıcı (LHC) hızlandırıcısında hızlandırılan protonların enerjisinden bir düzineden fazla daha büyük enerjilerdir.

Meksika Sierra Negra yanardağının yamaçlarında bulunan Yüksek İrtifa Su Çerenkov (HAWC) gama ışını gözlemevi. Kredi: HAWC Gözlemevi

Kuasarların ve Mikrokuasarların Rolü

Kuasarların içindeki süper masif karadelikler, yani bazı galaksilerin aktif çekirdekleri (sayıları yüz milyonlarca güneş kütlesini bulan muazzam kütleli nesneler) kendilerini çevreleyen yığılma diskinden maddeyi süratlendirir ve absorbe eder. Bu süreç sırasında, jetler olarak adlandırılan çok dar ve çok uzun madde akımları, kara deliğin kutuplarının yakınından, dönüş ekseni boyunca her iki yöne doğru fırlatılır. Bunlar genellikle ışık hızına yakın hızlarda hareket ederek şok dalgalarına yol açar ve yüzlerce tera-elektronvolta kadar ulaşan son derece yüksek enerjili fotonlar üretilir.

Diğer galaksilerin çekirdeklerinde yer alan kuasarlar bizden çok uzakta olan nesneler arasındadır: En yakını (Markarian 231) Dünya'dan 600 milyon ışık yılı uzaklıktadır. Bu durum mikrokuasarlar için geçerli değildir. Bunlar, yüzlerce ışık yılı uzunluğunda jetler yayan büyük bir yıldız ve onun madde emici kara deliğinden oluşan kompakt ikili sistemlerdir. Şimdiye kadar sadece bizim galaksimizde bu tür onlarca nesne keşfedilmiştir.

Mikrokuasarların Benzeri Görülmemiş Gözlemleri

“Mikrokuasarlardan tespit edilen fotonlar genellikle kuasarlardan gelenlerden çok daha düşük enerjilere sahiptir. Genellikle onlarca gigaelektronvolt mertebesinde değerlerden bahsediyoruz. Bu arada, HAWC gözlemevinin dedektörleri tarafından kaydedilen verilerde oldukça inanılmaz bir şey gözlemledik: Galaksimizde bulunan bir mikrokuasardan gelen ve normalden on binlerce kat daha yüksek enerjiler taşıyan fotonlar!” diyor Michigan Tech Üniversitesi'nden Dr. Xiaojie Wang ve Maryland Üniversitesi'nden Dr. Dezhi Huang ile birlikte anomaliyi ilk gözlemleyen Dr. Sabrina Casanova (IFJ PAN).

V4641 Sagittarii'nin Önemi

Enerjileri 200 tera-elektronvolt'a kadar çıkan fotonların kaynağının mikrokuasar V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) olduğu tespit edilmiştir. Dünya'dan yaklaşık 20.000 ışık yılı uzaklıkta, Sagittarius takımyıldızının arka planında yer almaktadır. Buradaki ana rol, Güneş'in üç katı kütleye sahip yıldız devinden madde çeken yaklaşık altı güneş kütlesi kütleye sahip bir kara delik tarafından oynanmaktadır. Nesneler ortak bir kütle merkezi etrafında yörüngede dönmekte ve birbirlerinin etrafında üç günden kısa bir sürede bir kez dönmektedir. İlginç bir şekilde, V4641 Sgr sistemi tarafından yayılan jet Güneş Sistemi'ne doğru yönlendirilmiştir. Bu konfigürasyonda, Dünya merkezli bir gözlemci, jetin başlangıcındaki ve sonundaki maddenin zamanını göreceli olarak çarpıtılmış bir şekilde algılar: ön kısmı gerçekte olduğundan daha genç görünmeye başlar. Sonuç olarak, jet uzayda süperluminal hızda, mevcut durumda ışık hızının dokuz katı kadar bir hızda yayılıyor gibi görünür (rölativistik jet olgusu).

“Önemli bir şekilde, V4641 Sgr mikrokuasarının tek olmadığı ortaya çıktı. Son derece enerjik fotonlar bu arada sadece bundan değil, LHAASO Gözlemevi tarafından tespit edilen diğer mikrokuasarlardan da tespit edildi. Bu nedenle mikrokuasarların galaksimizdeki en yüksek enerjilerdeki kozmik ışın radyasyonuna önemli ölçüde katkıda bulunması muhtemel görünüyor” diye ekliyor Dr. Casanova.

Sonuç: Astrofizikte Yeni Bir Dönem

Bu son keşif sadece kozmik ışın bilimcilerini ilgilendirmiyor. Dünya'dan nispeten küçük bir mesafede, jet oluşumu ve ultra enerjik foton üretimi mekanizmalarının, kara deliğin kütlesine uygun şekilde ölçeklendirilmiş aktif, uzak galaksilerin çekirdeklerindekilere benzer şekilde iş başında olması gerektiğini kanıtlıyor.

Mikrokuasarlardaki bu süreçler çok daha "insan dostu" bir zaman ölçeğinde gerçekleşir - yüz binlerce veya milyonlarca yıl kapsamında değil, günler kapsamında. Dahası, mikrokuasarlar tarafından yayılan fotonlar, her yerde bulunan kozmik arka plan radyasyonunun fotonlarıyla etkileşimler sırasında saçılabilecekleri veya emilebilecekleri kozmik boşluğun milyonlarca ışık yılı boyunca yol almak zorunda değildir. Tüm bunlar, astrofizikçilerin ilk kez galaksilerin evrimi için hayati önem taşıyan süreçlerin kapsamlı ve neredeyse hiç bozulmamış gözlemlerini yapma becerisi kazandıkları anlamına geliyor.

Çevrilen Kaynak:

Astrophysical Shock: Near-Earth Microquasar Unleashes Extreme Cosmic Radiation

Orijinal Çalışma:

Ultra-high-energy gamma-ray bubble around microquasar V4641 Sgr | Nature

Bir insan neden sürekli böyle konular açar