Kozmik ışınların rotaları yıldızlararası manyetik alanlar tarafından bozulur ve bu da kökenlerini tam olarak belirlemeyi zorlaştırır. Bu tanımlamaya, kozmik ışınların yıldızlararası ortamla etkileşimi sonucu ortaya çıkan gama radyasyonu üzerine yapılan yeni bir çalışma yardımcı olacaktır.
Yüksek enerjili kozmik ışınların yıldızlararası plazma ile etkileşiminin, Samanyolu’na nüfuz eden dağınık gama ışını parıltısının birincil nedeni olduğu bilinmektedir. Ancak bu kozmik ışınların özellikleri konusunda endişeler devam etmektedir. Örneğin enerji sınırları nedir?
Kozmik ışınların kaynaklarından yayılma şekilleri nasıldır?
En yüksek enerjili dağınık gama ışını gözlemleri bu kalıcı bulmacalara ışık tutabilir.
Bu amaçla, Çin’in Gözlemevi (LHAASO) deneyindeki bilim insanları, geniş bir enerji aralığında ve Galaksinin büyük bir bölümünde dağınık gama ışınlarının enerji spektrumlarının kesin ölçümlerini yayınladılar. Elde edilen bulgular galaksinin en yüksek enerjili kozmik ışınlarının kaynağı, etkileşimi ve iletimine yeni bir ışık tutacaktır.
Çoğunlukla yüksek enerjili protonlardan oluşan kozmik ışınlar, 1912’deki keşiflerinden bu yana 10’dan fazla büyüklükte bir enerji aralığında gözlemlenmiştir. Ancak 1958’de araştırmacılar kozmik ışın akısının birkaç PeV enerjinin üzerinde hızla düştüğünü keşfettiler.
Araştırmacılar, birkaç PeV’ye kadar hızlandırılmış kozmik ışınların Galaktik manyetik alan tarafından 104–107 yıl boyunca kısıtlandığını ve bir “kozmik ışın havuzunda” biriktiğini teorize ederek bu spektral kesintiyi açıklamışlardır. Bu kozmik ışınlar, yıldızlararası gazla etkileşimleri dağınık gama ışınlarının çoğundan sorumlu olan ışınlardır. Tersine, birkaç PeV’nin üzerindeki kozmik ışınların Galaksimizden kaçtığına ve sonuç olarak gama ışını pusunun küçük bir bölümünü oluşturduğuna inanılmaktadır.
Galaktik manyetik alan, kozmik ışın parçacıklarının yörüngelerini saptırarak parçacıkların kaynağını tam olarak belirlemeyi zorlaştırır ve bu da kozmik ışınlarla ilgili çalışmaları zorlaştırır.
En az saptırılan en yüksek enerjili kozmik ışınlar bile kaynakları hakkında çok az bilgi taşır ve Dünya’ya esasen her yönden eşit olarak ulaşır.
Manyetik sapma olmadan seyahat edebilen gama ışınları, kozmik ışınlar hızlandırıldıkları yere yakın yıldızlararası gazla çarpıştığında oluşur. Bu ışınlar daha fazla bilgi sağlayabilir. Gama ışınları, ana kozmik ışının enerjisinin ortalama %10’unu taşır, bu nedenle uzaysal ve enerji dağılımları, PeV altı aralıkta kendilerini doğuran PeV kozmik ışınlarını doğrudan yansıtır.
Birkaç yüz GeV’e kadar enerjide, dağınık gama ışınlarının uydu dedektörleri tarafından Galaktik diskten parlak bir şekilde parladığı görüldü ve 2021’de Tibet ASγ deneyi, PeV altı dağınık gama ışınlarının ilk gözlemini duyurdu. Tibet ASγ‘nin bu bulgusu, birkaç PeV enerjiye hızlandırılmış protonların Galaksimizdeki yıldızlararası gazla etkileşime girerek PeV altı dağınık gama ışınları ürettiğinin ilk deneysel kanıtı oldu. Bununla birlikte, bu kozmik ışınların yayılımı ve kökeni hakkında daha spesifik bilgiler ortaya çıkarmak için ölçülen enerji aralığını, gökyüzü araştırma bölgesini ve gama ışını hassasiyetini genişletmek önemlidir.
Çin’in Sichuan eyaletindeki Haizi Dağı’nda yüzey hava fıskiyesi dedektörleri ve yüzey altı müon dedektörleri kullanarak yaklaşık PeV enerjisine kadar gama ışınlarını (ve kozmik ışınları) gözlemlemek için oluşturulmuştur. Bu dedektörlerin algılama alanı Tibet ASγ deneyinden 15 kat daha büyüktür, ancak aynı algılama yöntemini kullanmaktadırlar.
Yakın zamanda Çin deki aynı ekip tarafından 0,1 PeV üzerindeki 40’tan fazla nokta benzeri (dağınık olmayan) gama ışını kaynağı çözülmüştür. Böylece araştırmacılar yeni çalışmalarında daha önce açıklanamayan bu kaynakların gözlemlenen gama ışını parıltısına katkısını azaltmayı başardılar. Bilim insanları, bu yüksek enerjili kaynakları maskeledikten sonra Galaktik diskteki dağınık gama ışınlarının geniş bir enerji aralığında ve Galaktik boylamlarda (15°-235°) kesin dağılımını belirlediler.
Yıldızlararası gaz dağılımının ve dağınık gama ışınlarının Galaktik enlem profillerinin oldukça tutarlı olduğu göz önüne alındığında, bu, kozmik ışınların PeV üzerindeki enerjilerde yıldızlararası gazla etkileşiminin Galaksimiz boyunca sıklıkla meydana geldiğini göstermektedir. Ancak Galaktik boylam dağılımları tahminlerden biraz sapmaktadır.
Bu uyumsuzluk ya Galaksimizin daha fazla çözülmemiş gama ışını kaynağı içerdiğini ya da kozmik ışın yoğunluklarının Galaksimizin neresinde olduğunuza bağlı olarak farklılık gösterdiğini ima eder. Çinli ekib tarafından elde edilen enerji spektrumu tek bir güç yasası ile temsil edilebilir ve birkaç yüz TeV’de beklenen spektral kesim henüz net bir şekilde gözlemlenmemiştir. Galaksimizdeki protonların maksimum ivmesini belirlemek için gelecekte üst enerji sınırının ölçümü yapılmalıdır.
Bununla birlikte, kozmik ışınların fiziğini araştırmak için gama ışını tespitinden başka yollar da vardır. IceCube İşbirliği kısa bir süre önce dağınık galaktik nötrinoların ölçümlerini yayınladı.
Kaynak: physics aps org
