Fizikçiler Dünya'ya Asla Ulaşmaması Gereken 300 TeV'lik Bir Foton Tespit Etti: 2 Milyar Işık Yılı Yol Aldı
Bugüne kadar gözlenen en parlak gama ışını patlamasından gelen tek bir ışık parçacığı, fizikçilerin kafasını yıllardır kurcalıyor. 300 teraelektronvolt (TeV) enerji taşıyan bu foton, bilinen fizik kurallarına göre yaklaşık 2 milyar ışık yılı süren yolculuğunda yok olmalıydı ama Dünya'ya ulaştı. İtalyan fizikçiler Giorgio Galanti ve Marco Roncadelli, Physical Review Letters'ta yayımlanmak üzere kabul edilen çalışmalarında bu 'imkânsız' yolculuğa bir açıklama getirdi.
Her şey 9 Ekim 2022'de, uzaydaki gama ışını dedektörlerini bir anda kör eden devasa bir patlamayla başladı.
NASA'nın Swift Gözlemevi ve Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu, Sagitta (Okçuk) takımyıldızı yönünden gelen olağanüstü güçlü bir gama ışını patlamasını aynı gün kaydetti. GRB 221009A adı verilen olay, gökbilimciler arasında kısa sürede 'BOAT' (Brightest Of All Time, yani Tüm Zamanların En Parlağı) lakabıyla anılmaya başladı.
Patlama yaklaşık 10 dakika sürdü ama 10 saatten uzun bir süre boyunca gözlenebildi. Yörüngedeki gama ışını cihazlarının çoğu, sinyalin en yoğun kısmında doygunluğa ulaşıp ölçüm yapamadı. Üstelik 2 milyar ışık yılından daha uzaktaki bu olay, Dünya'nın iyonosferini saatlerce etkiledi; bir gama ışını patlamasının gezegenimizin atmosferinde bıraktığı en güçlü iz olarak kayıtlara geçti. James Webb Uzay Teleskobu'nun sonraki gözlemleri, patlamanın kaynağının çökmekte olan dev bir yıldızın yol açtığı Tip Ic süpernova olduğunu gösterdi.
Görselde Fermi'nin patlamadan önce ve sonra aynı gökyüzü bölgesini gösteren kareleri yer alıyor.
Uzmanlara göre 10 bin yılda bir yaşanabilecek bu patlama, ölçülen en enerjik fotonlardan birini de beraberinde getirdi.
Bilim insanları, bu parlaklıkta bir patlamanın ortalama 10 bin yılda bir yaşanabileceğini tahmin ediyor; yani insanlık tarihinin başından bu yana X-ışını ve gama ışını enerjilerinde görülen en parlak olay olabilir. Çin'deki LHAASO (Büyük Yüksek İrtifa Hava Sağanağı Gözlemevi) patlamadan gelen 5 binden fazla çok yüksek enerjili foton yakaladı, bunların bir kısmı 18 TeV'e kadar çıkıyordu. GRB 221009A, bu sayede 10 TeV'i aşan fotonların tespit edildiği ilk gama ışını patlaması oldu.
Asıl sürpriz ise Rusya'nın Kafkasya bölgesindeki Baksan Gözlemevi'nden geldi. Burada bulunan ve ultra yüksek enerjili kozmik ışınları izleyen Carpet dedektörü, yaklaşık 300 TeV enerjili tek bir foton kaydetti. Karşılaştırmak gerekirse, gözümüzün gördüğü sıradan bir ışık fotonu yalnızca birkaç elektronvolt enerji taşıyor; bu foton ise onun 100 trilyon katından daha enerjik.
Scientific American'ın aktardığına göre bu, böyle bir patlamadan bugüne kadar gözlenen en yüksek enerjili foton.
Ancak bilinen fiziğe göre bu fotonun Dünya'ya hiç ulaşmaması gerekiyordu.
Çok yüksek enerjili gama ışınları uzayda serbestçe dolaşamıyor. Yolculukları sırasında evreni dolduran arka plan ışığının fotonlarıyla çarpıştıklarında bir elektron ve bir pozitrona, yani madde ile karşıt madde çiftine dönüşüyorlar. Kısacası foton ortadan kalkıyor ve geriye ona ait bir sinyal kalmıyor.
Enerji ne kadar yüksekse bu çarpışmadan kaçmak o kadar zorlaşıyor. Milyarlarca ışık yılı mesafeden gelen 300 TeV'lik bir fotonun bu süreçten sağ çıkma ihtimali, standart hesaplara göre neredeyse sıfır. Galanti'nin ifadesiyle ekibin cevap aradığı soru tam olarak buydu: 'Bilinen fiziğe göre onu yok etmesi gereken bir yolculuktan bu foton nasıl sağ çıktı?'
Görselde Swift'in X-ışını teleskobunun patlamanın ardından çektiği kare görülüyor. Patlamanın çevresindeki halkalar, ışığın Samanyolu'ndaki toz bulutlarından saçılmasıyla oluştu.
Fotonun yolundaki en büyük engel, Büyük Patlama'dan kalan ve tüm evreni saran zayıf bir ışımaydı.
Kozmik mikrodalga arka plan ışıması, evren henüz yaklaşık 380 bin yaşındayken serbest kalan ve bugün hâlâ her yönden gelen, Büyük Patlama'nın soluk bir yankısı. Phys.org'un aktardığına göre 300 TeV'lik foton, yolculuğu boyunca bu ışımanın fotonlarıyla etkileşip başka parçacıklara dönüşmeli ve Dünya'ya varmadan çok önce kaybolmalıydı.
Bu 'kozmik sis' evrenin her köşesinde bulunuyor, yani fotonun etrafından dolaşabileceği bir rota da yok. Görselde, NASA'nın WMAP uydusunun 9 yıllık verileriyle hazırlanan kozmik mikrodalga arka plan haritası yer alıyor. Haritadaki renk farkları, evrenin bebeklik dönemindeki çok küçük sıcaklık dalgalanmalarını gösteriyor.
Galanti ve Roncadelli'nin çözümü, varsayımsal bir parçacıkla Einstein'ın görelilik kuramındaki olası bir 'çatlağı' bir araya getiriyor.
İtalya Ulusal Astrofizik Enstitüsü'nden (INAF) Giorgio Galanti ile İtalya Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (INFN) Marco Roncadelli'nin modeli iki ayrı mekanizmaya dayanıyor. İlki, henüz hiç gözlenmemiş, son derece hafif 'aksiyon benzeri parçacıklar' (ALP). Modele göre foton, yolculuğunun bir bölümünde geçici olarak bu parçacıklardan birine dönüşüyor; bu haldeyken arka plan ışığıyla etkileşmediği için yok olmaktan kurtuluyor, ardından yeniden fotona dönüşüyor.
İkinci ayak daha da iddialı. Araştırmacılar, Einstein'ın özel görelilik kuramının temel ilkelerinden biri olan Lorentz değişmezliğinin aşırı yüksek enerjilerde küçük bir sapma gösterebileceğini öne sürüyor. Başka bir deyişle, uzay-zaman bu uç koşullarda göreliliğin öngördüğünden farklı davranıyor olabilir.
'Bu nedenle denklemlere keyfi düzeltmeler yapmadan, gözlemlediğimiz şeyi tutarlı biçimde açıklayabilecek teorik bir senaryo aradık' diyen Galanti, modelin gelişigüzel bir yamayla kurulmadığının altını çizdi.
Üstelik modelin öngördüğü bir saatlik gecikme, Çin'deki bir gözlemevi tarafından çoktan kaydedilmişti.
Modelin test edilebilir bir öngörüsü var: 300 TeV'lik fotonun, aynı patlamadan gelen daha düşük enerjili fotonlardan yaklaşık bir saat sonra Dünya'ya ulaşması gerekiyor. Gizmodo'nun aktardığına göre araştırmacılar bu ikincil etkiyi hesapladıktan sonra verilere döndüklerinde, Çin'deki LHAASO'nun düşük enerjili foton sağanağını, Carpet'in yüksek enerjili fotonu yakalamasından yaklaşık bir saat önce kaydettiğini gördü.
INFN'den Marco Roncadelli, 'Çalışmamızın en ilginç yanı, şimdiye kadar birbirinden ayrı geliştirilen iki fikri ilk kez bir araya getirmesi' diyerek bu yaklaşımın önemini vurguladı. Görselde, Fermi'nin Geniş Alan Teleskobu'nun (LAT) patlama anındaki verileriyle hazırlanan animasyon yer alıyor.
Senaryo gelecekteki gözlemlerle doğrulanırsa, evrenin kendisi Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi yeryüzündeki hızlandırıcıların asla ulaşamayacağı enerjilerde kuantum kütleçekimini incelemeye yarayan doğal bir laboratuvara dönüşebilir. Bilim insanları, bunun için yeni patlamalardan gelecek benzer 'imkânsız' fotonları bekliyor.
Keşfet ile ziyaret ettiğin tüm kategorileri tek akışta gör!
Test
Gündem
Magazin
Video
Einstein’ın “En Büyük Hatası” Sorgulanıyor: Evrenin Kaderi Değişebilir
Evrenin Sırrını Çözmek İçin Dağın İçinden 800 Bin Ton Kaya Çıkarıldı
Yorum Yazın