Hayalet Parçacık Nötrino İle Nasıl Kuasar Keşfettik?
Bilim insanları 4 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksinin merkezinde yer alan ve kuasar sınıfına giren süper kütleli aktif kara deliği hayalet parçacık nötrino ile keşfetti. Her saniye içimizden 100 trilyon hayalet nötrino geçiyor ve biz etkilenmiyoruz bile. Peki nötrinolar kara delik gibi normalde ışık saçmayan veya karanlık toz bulutlarının ardında gizlenen cisimleri bulmamızı nasıl sağlıyor?
Uzay röntgeni
Geçen yazıda fizikçilerin insan vücudundan naklen yayın yapan 3B renkli röntgen cihazı geliştirdiğini anlattım. Peki evrenin röntgenini çekmeye ne dersiniz? Ne de olsa evreni sadece görünür ışıkta incelersek pek çok detayı gözden kaçırıyoruz.
Oysa galaksinin merkezini hiç bu kadar detaylı görmediniz yazısında belirttiğim gibi, görünür ışığa kızılötesi ve X-ışınları gibi dalga boylarını eklersek uzaydaki birçok saklı detayı ortaya çıkarabiliyoruz.
Ya hiç ışık saçmıyorsa?
Hayalet parçacık nötrinolar da işte burada devreye giriyor ve kara delikler gibi normalde ışık saçmayan veya karanlık toz buutlarının ardında gizlenen cisimleri görmemizi sağlıyor. Ancak, nötrinolara neden hayalet parçacık dediğimizi merak ediyorsanız cevabı kolay:
İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?
Hayalet gibi içimizden geçiyorlar
Nötrinolar yalnızca zayıf nükleer kuvvet ve yerçekiminden etkileniyor. Bununla birlikte ışığı oluşturan fotonların taşıdığı elektromanyetik kuvvetten etkilenmiyor.
Bu sebeple her saniye içimizden 100 trilyon nötrino geçiyor ve bu da insan ömründe 100 milyar trilyon nötrinoya karşılık geliyor. Evrendeki yıldızlar toplam enerji üretiminin önemli bir kısmını nötrinolarla uzaya yayıyor. Örneğin Güneş’in ürettiği enerjinin yüzde 3-4’ü nötrinolardan oluşuyor.
Ancak, nötrinolar maddeyi oluşturan atomların içinden hemen hiç etkilenmeden geçtiği için bu durum, Güneş’in ürettiği hayalet enerjiyi şimdilik kullanamayacağımız anlamına geliyor.
Öyleyse nasıl keşfettik?
Madem nötrinolar hayalet parçacıklar, biz bunları nasıl keşfettik? Açıkçası çok çalışarak ve çabalayarak: Örneğin, evrendeki maddeyle nadiren etkileşen nötrinoların yarısının yolunu kesmemiz için tam 1 ışık yılı kalınlığında kurşun duvar dikmemiz gerekiyor.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Buz Küpü, yani IceCube
Dünya’nın önüne 1 ışık yılı kalınlığında duvar çekecek halimiz yok. Ancak bunun yerine, Antarktika kıtasındaki Amundsen–Scott South Güney Kutbu İstasyonu’na IceCube (Buz Küpü) nötrino gözlemevini inşa edebiliriz. Hem tesisin adı da üniversite yıllarımın ünlü Rapçisi Ice Cube’a benzediği için havalı olur.
IceCube nötrino araştırma gözlemevini 2010 yılında inşa ettik ve tesisi işleten bilim insanları da geçen hafta yaptıkları duyuruda; Dünya’dan 4 milyar ışık yılı uzakta yer alan bir kuasardan gelen hayalet parçacıkları; yani nötrinoları tespit ettiğini bildirdi.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Peki kuasar nedir?
Kuasar denilen cisimler galaksilerin merkezinde yer alan süper kütleli ve süper aktif kara delikler. Aslında bütün süper kütleli kara deliklerin kuasar olma potansiyeli var. Bunun için tek gereken şey, kara deliğin çevresinde yoğun bir gaz ve toz bulutunun olması.
Bu bulut kara delik ekvatoruna paralel olan bir birikim diski oluşturacak ve sarmallar çizerek kara deliğin içine düşecek. Ancak, kara delikler de yıldızlardan oluştuğu kendi çevresinde dönüyor. Bu sebeple gaz ve toz bulutlarını yutarken güçlü elektromanyetik alanlar üretiyor.
Bununla birlikte kara deliklerin bir seferde yutabileceği lokma sınırlı. Kara deliğe yutabileceğinden daha fazla gaz düştüğü zaman; oluşturduğu güçlü manyetik alan, kara deliğin gırtlağına tıkanan gazları kutuplarından uzaya püskürtüyor. Hem de ışık hızının yüzde 70 ila 90’ıyla püskürtüyor.
Bu da Dünya’dan bakınca normalde ışık saçmayan kara deliğin çok güçlü bir şekilde parlamasına yol açıyor. İşte bu tür kara deliklere kuasar diyoruz.
İlgili yazı: Galaktik Merkezi Hiç Bu Kadar Detaylı Görmediniz
Ancak biz blazar keşfettik
Şimdi diyeceksiniz ki hocam nötrino ve kuasarları daha yeni anladık; blazar da nereden çıktı? Sıkıntı yok. Uzaya püskürttüğü gaz jetini tam karşıdan, yani tepeden gördüğümüz kuasarlara blazar diyoruz. Kuasarlar çok parlak kara delikler; ama blazarlar bunların içinde en parlak ve en nadir olanları.
Neden nadir derseniz: Uzay çok büyük ve evrendeki 2 trilyon galaksinin merkezinde yer alan blazarların sayısı da sınırlı.
Sonuçta bir kuasarın blazar olması için püskürttüğü gazı tam karşıdan görmeliyiz. Üstelik bu kuasar, bugün bize 10 milyar ışık yılından daha uzak olmamalı ki bakınca net görelim. Tabii Dünya ile arasında ışığını kesen başka galaksiler ve gaz bulutları da bulunmamalı.
Nötrino astronomisi doğuyor
Biz de böylece yazının ana fikrine geliyoruz: Hayalet parçacık nötrinolar kara delikle aramıza giren galaksilerin içinden hemen hiç etkilenmeden geçiyor. Bu nedenle hem arkada gizlenen kuasar ve blazarları hem de bizden çok uzak olduğu için göremediğimiz aktif kara delikleri görmemizi sağlıyor.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
IceCube ilk kez başardı
Bilim insanları Antarktika’daki nötrino gözlemevi IceCube’un hayalet parçacık nötrinolarla uzak kuasar bulduk haberini detaylarıyla inceleyecekler. Eğer IceCube sonuçları doğruysa biz de astronomi tarihinde ilk kez nötrinoları kullanarak yeni bir gökcismi keşfetmiş olacağız. İşte bize göremediğimiz cisimleri görme imkanı veren nötrino astronomisinin doğuşu budur.
Bu da uzay röntgeni oluyor
Ne de olsa yıldızların içini göremiyoruz. Yıldızlar içini göstermeyen aşrı parlak ve son derece mat cisimler. Bununla birlikte nötrino üretiyorlar ve bu nötrinolar da yıldızların en derin noktası olan çekirdekte üretiliyor. Kısacası nötrinolar yıldızların röntgenini çekerek içini görmemizi sağlıyor.
Nötrino astronomisini yıldız depremlerini görmemizi sağlayan sismoloji tekniğiyle birleştirirsek ışığını görebildiğimiz en uzak yıldızların bile MR’ını çekmiş olacağız. Böylece yıldızların nasıl oluştuğu, nasıl büyüyüp yaşlandığı ve nasıl enerji üreterek ışık saçtığını da çok daha iyi anlayacağız.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
ICECube nedir ve nasıl çalışır?
Buraya kadar kara delikleri, kuasarları, blazarları ve bunları keşfetmemizi sağlayan hayalet parçacık nötrinoların marifetlerini anlattık. Oysa asıl marifet Güney Kutbu’nda inşa edilmiş olan IceCube adlı nötrino gözlemevinde.
Öyleyse IceCube detektörleri hayalet parçacık nötrinoları nasıl bir sihirbazlıkla yakalayıp tespit edebiliyor? Dahası Güneş’ten, başka yıldızlar ve kuasarlardan gelen nötrinoları birbirinden nasıl ayırıyor? Şimdi bunları görelim.
İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?
Yaklaşık 2500 km derinde
IceCube detektörleri hayalet parçacık nötrinoları nadiren de olsa yakalamak için Güney Kutbunu örten 2,5 km kalınlığındaki buz tabakasının içine gömülmüş bulunuyor. Buzul tabakasının 1450 ila 2450 metre altında yer alan detektörler, üstlerindeki su suzu kütlesini süper kalın bir kalkan olarak kullanıp yıllar süren gözlemler yapıyor ve her yıl az sayıda nötrino tespit ediyor.
IceCube nötrino gözlemevinin 5160 DOM sensörü su buzunu oluşturan atomlara çarpan nötrinoların süper kısa süren süper zayıf ışık çakmalarını algılıyor. Aslında nötrinoların saçtığı tek tek fotonları görüyor.
Ancak, buradaki asıl espri IceCube detektörlerinin resimdeki gibi kalın çabuklar halinde dev bir sütun gibi dizilmesi. Böylece sensörler sadece detektör tabanını kaplayan iki boyutlu, yassa bir tarama alanı oluşturmuyor. Tersine, tümüyle 3B çalışarak nötrinoları 1000 metre yüksekliğindeki detektör içinde izledikleri yol boyunca yakalıyor. Bu da IceCube’un hassasiyetini artırıyor.
İlgili yazı: CERN Renkli Röntgen Cihazı Geliştirdi
Aslında tek nötrino
Yazıda nötrinoları çoğul olarak kullandık; çünkü evrendeki bütün yıldızlar nötrino üretiyor ve nötrinolar Dünyamızı etkileyen kozmik ışınların önemli bir parçasını oluşturuyor. Bununla birlikte nötrinoları tespit etmenin çok nadir bir olay olduğunu ne kadar vurgulasak azdır.
Öyle ki dev nötrino detektörü IceCube bile 10 yıllık bir sürede sadece birkaç hayalet parçacık tespit edebilecek. Bu nedenle 4 milyar ışık yılı uzaktaki blazardan gelen trilyonlarca nötrino içinde sadece birini görebildi. İşte o tek nötrino ile hayalet parçacık astronomisi doğdu.
Bunu da Dünya’da sadece ve sadece IceCube’a borçluyuz; çünkü 2010 yılında açılan gözlemevi Dünya gezegeninde başka galaksilerden gelen nötrinoları saptayacak kadar hassas olan yegane tesis. Nitekim hassaslık bu konuda büyük rol oynuyor:
Şifreli hayalet parçacık
Uzaklardan gelen nötrino parçacıkları bize Arap saçına dönmüş olan, adeta şifreli bir enerji yığını halinde ulaşıyor. IceCube’un özel detektörleriyle yazılımları ise yıldızlar ve kara delikler gibi farklı kaynaklardan gelen nötrinoları birbirinden ayırt edebiliyor.
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Süpernova ve kara delikler
Nötrino astronomisinin en büyük özelliklerinden biri, kara deliklerin nasıl oluştuğunu neredeyse gerçek zamanlı olarak göstermesi. Elbette ki ışık hızının sınırlı olması nedeniyle evrende ne kadar uzağa bakarsak o kadar eskiyi görüyoruz.
Bu sebeple Dünya’dan 100 ışık yılı uzakta yeni oluşan bir kara delik de aslında 100 yıl önce doğmuş oluyor. Öte yandan nötrinolar, en azından patlayan yıldızın kendi üzerine çökmesiyle oluşan kara deliğin oluşum aşamalarını tüm detaylarıyla gösteriyor.
Zaten süpernova denilen süper enerjik yıldız patlamalarının saçtığı ışığın içinde kara deliklerin nasıl oluştuğunu görmemizin de başka bir yolu yok. Dolayısıyla nötrino astronomisi tıpkı kütleçekim dalgalarını tespit eden LIGO gözlemevi gibi bilimde devrim yapıyor ve bilim insanlarının evreni elektromanyetik dalgaların dışındaki başka kaynaklarla da gözlemlemesine izin veriyor.
İlgili yazı: Hubble 4 Kez Patlayan Yıldız Gözlemledi
Sonuçta ne işe yarayacak?
Bugün evrenin neden var olduğunu bilmiyoruz: Elimizdeki teorilere göre büyük patlamadan sonra evrende eşit miktarda madde ve antimadde oluşmalıydı. Bunlar da birbirini anında yok etmeliydi; yani evrende vücudumuzu meydana getiren atomlar hiç oluşmamalıydı.
Oysa yaşadığımız evren büyük miktarda madde ve az miktarda antimaddeden oluşuyor. Peki bu neden böyle? Nötrinolar sadece kara deliklerin nasıl oluştuğunu göstermekle sınırlı kalmayarak evrenimizin neden hayata elverişli olduğunu da bize gösterebilir.
Peki bugüne dek sadece teorilerde adı geçen steril nötrinoları da tespit etmiş olabileceğimizi biliyor musunuz? Öyle ki evreni bir arada tutan karanlık maddenin bir kısmı steril nötrinolardan oluşuyor olabilir.
Siz de bütün bunları ve daha fazlasını Elektrikli Karanlık Madde ve Steril Nötrino yazısında okuyabilirsiniz; ama işin özüne inmek istiyorsanız nötrinoları okumaya Karanlık Madde Nedir ve Nerede Gizleniyor? sorusuyla başlayabilirsiniz. Tatilde olanlara iyi tatiller, şehirde olanlara ise huzurlu bir tatil kafası dilerim.
