Gözlemlerden yararlanılarak ÜZÜM-3 Müon dedektörü sayesinde Hindistan ve Japonya'daki fizikçiler, kozmik ışın enerji spektrumunun yeterince anlaşılmayan bir bölgesini benzeri görülmemiş ayrıntılarla keşfettiler. Fahim Varsi Hint Teknoloji Enstitüsü Kanpur ve meslektaşları, spektrumda bükülme şeklinde daha önce görülmemiş bir özellik tespit ettiler. Gözlemler kozmik ışınların kökenlerinin yeniden düşünülmesi gerektiğini ortaya koyuyor.

Esas olarak protonlardan ve helyum çekirdeklerinden oluşan kozmik ışınlar, Dünya atmosferini sürekli olarak bombalayan yüksek enerjili parçacıklardır. Kozmik ışınlar atmosferle etkileşime girdikçe, Dünya'ya yağan elektronlar, fotonlar ve müonlar da dahil olmak üzere ikincil parçacık yağmurları üretir.

Kozmik ışınlar ilk kez 1912'de Victor Hess'in Nobel ödüllü gözlemleriyle tanımlandı. Ancak ilk tespitlerinin üzerinden bir asırdan fazla zaman geçmesine rağmen, bu parçacıkların doğası hakkında hâlâ öğrenecek çok şeyimiz var. Gökbilimciler kozmik ışınların yıldızlar, süpernovalar ve aktif galaktik çekirdekler de dahil olmak üzere bir dizi farklı kaynaktan geldiğine inanırken, parçacıkların Dünya'ya büyük mesafeler kat ederken manyetik alanlar tarafından saptırılması nedeniyle bunların kökenleri tam olarak anlaşılamamıştır.

Hassas ölçümler gerekli

Ekip üyesi, "Kozmik ışınların evrendeki en enerjik parçacıklar olduğu biliniyor" diyor Pravata Mohanty Mumbai'deki Tata Temel Araştırma Enstitüsü'nde. "Kozmik ışınlardaki temel enerji spektrumunun şeklinin hassas ölçümü, onların kökenleri, ivmeleri ve yayılmaları hakkındaki anlayışımızı ilerletmek için gereklidir."

Anlayışta özellikle göze çarpan bir boşluk, 100 TeV-1 PeV aralığındaki enerjilerde kozmik ışın spektrumunun ortasında yatmaktadır. Bu pencerede parçacıklar, uzay tabanlı dedektörler tarafından doğrudan alınamayacak kadar enerjiktir, ancak çok sayıda yağmur parçacığının Dünya'daki dedektörlere ulaşması için yeterince enerjik değildir.

Bu enerji aralığını daha detaylı araştırmak için Varsi'nin ekibi GRAPES-3 deneyindeki gözlemleri inceledi. Bu, Hindistan'ın güneyinde bulunan ve bir dizi parıldayan dedektörden oluşan bir müon gözlemevidir. Tesis deniz seviyesinden 2200 metre yüksekte bulunuyor ve bu da müonların atmosferle etkileşime girmeden önce tespit edilmesini kolaylaştırıyor.

Mohanty, "GRAPES-3, kozmik ışın yağmurlarındaki müon bileşeni aracılığıyla kozmik ışınların elementel bileşimini ölçmemize olanak tanıyan geniş bir alan dedektörü içeriyor" diye açıklıyor. "Uzay tabanlı dedektörlerden birkaç bin kat daha büyük bir algılama alanıyla GRAPES-3, ölçümlerde olağanüstü yüksek istatistiksel hassasiyet sağlıyor."

Dört yıllık çalışma

Araştırmacılar, 8 ve 460 yıllarında 2014 günlük bir süre boyunca gözlemlenen yaklaşık 2015 milyon sağanak yağış olayını değerlendirdi. Analitik ve hata düzeltme tekniklerinin karmaşıklığı nedeniyle analizin tamamlanması dört yıl sürdü. Ekip, sonuçlarının orta enerji penceresinin ilk ayrıntılı görünümünü sağladığını söylüyor.

Mohanty, "Çalışma, kozmik ışınlardaki proton spektrumunu 50 TeV'den 1.3 PeV'ye kadar ölçtü ve hem uzay bazlı hem de yer bazlı ölçümlerden elde edilen gözlemleri etkili bir şekilde birbirine bağladı" diye açıklıyor.

Varsi'nin ekibi tarafından tespit edilen en çarpıcı özellikler arasında enerji spektrumunda yaklaşık 166 TeV'lik bir bükülme vardı; biraz daha yüksek enerjilerde beklenenden daha fazla kozmik proton tespit edildi. Daha önce yer tabanlı deneyler, galaksilerden kaynaklanan kozmik ışınlar için maksimum enerji olduğu düşünülen 3 PeV civarında benzer bir bükülme tespit etmişti.

Bu noktaya kadar araştırmacılar genel olarak gözlemlenen bölgedeki proton enerji spektrumunun basit bir güç yasasıyla tanımlanabileceğini varsayıyordu. Ancak ekibin keşfi bu varsayımı yerle bir edecek gibi görünüyor.

Mohanty, "Bu, genellikle süpernova kalıntıları olduğuna inanılan bir kaynak sınıfının, kozmik ışınları gözlemlenen kıvrıma kadar etkili bir şekilde hızlandırabileceği, diğer sınıfın ise kıvrımın ötesinde baskın hale gelebileceği olasılığını öne sürüyor" diye açıklıyor.

Varsi'nin ekibi, bu sonuçlardan yola çıkarak bu etkileri hesaba katacak yeni modellerin yakında ortaya çıkacağını umuyor. Eğer başarılırlarsa, kozmik ışınların nasıl ortaya çıktığı, hızlandığı ve galaksiler arası mesafelerde yayıldığına dair anlayışımızı güçlendirmeye yardımcı olabilirler.

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Physical Review Letters.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/kink-in-cosmic-ray-spectrum-puzzles-astrophysicists/