Samanyolu’nun ilk nötrino görüntüsü Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi kullanılarak oluşturuldu. Galaksimizin dört perspektifi. İlk üçü çeşitli frekanslardaki ışık dalgaları (gama ışınları, optik ve radyo dalgaları) tarafından üretiliyor. Samanyolu’nun nötrinolardaki ilk haritası en altta gösteriliyor.
Naoko Kurahashi Neilson sekiz yıl boyunca bir gün herkesin Samanyolu’nu tüm teknik renkli nötrino ihtişamıyla görebileceğini hayal etti. Şimdi, bu dilek gerçekleşti. Drexel Üniversitesi fizikçisi, bugün Galaksimizden gelen nötrino emisyonunun ilk haritasını ortaya çıkaran IceCube İşbirliği’nin bir üyesidir.
Kurahashi Neilson, “Samanyolu’nu ilk kez ışıktan başka bir şeyle görüyoruz” diyor. Bu inanılmaz bir şey.
Antarktika’da bulunan IceCube deneyi için dedektör hacmi olarak bir kilometrelik buz küpü kullanılıyor. Buzlu derinliklere yerleştirilen optik sensörler, buz atomlarıyla etkileşime giren nötrinolardan gelen sinyalleri topluyor. Güney Gökyüzünde bulunan nötrinolar araştırmacılar tarafından galaksi haritalarını oluşturmak için kullanıldı. Galaksimiz tarafından salınan nötrinoların çoğunun gök kürenin bu bölgesinde yoğunlaşması bekleniyor. Ancak onları bulmak zor olmuştur.
IceCube’ün yüksek enerjili nötrinoları bulması için iki yol vardır: “İzler” ya da “basamaklar”. Bir nötrino dedektörün buzuyla çarpışarak yüksek enerjili bir müon ürettiğinde bir iz oluşur. Daha sonra, bu müon buzu kırdığında, ardında ışık sinyallerinden oluşan bir yol bırakır. Bu izler bilim insanlarının nötrinoların olası kaynaklarını yüksek hassasiyetle saptamalarını sağlar. Çarpışan bir nötrino tüm enerjisini sınırlı bir alanda kaybettiğinde, buzda küresel bir iz bırakan bir çağlayan meydana gelir. Nötrinonun kaynağı, geriye doğru izlenmesi zor olan bu küresel sinyaller tarafından gizlenir. Kaskadlar uzun zamandır IceCube araç setinin bir özelliği olmasına rağmen, şimdiye kadar nötrino kaynağı aramalarında kapsamlı bir şekilde kullanılmamıştır.
Georgia Teknoloji Enstitüsü’nden IceCube temsilcisi Ignacio Taboada, beş yıl önce ortalama bir IceCube üyesine kaskadların güçlü bir görüntüleme aracı olup olmayacağını sorsaydınız, olumsuz yanıt vereceklerini iddia ediyor. “Ancak artık öyle oldukları açık.”
2015 yılında Kurahashi Neilson ilk olarak Samanyolu’nun kaskad nötrinolarla haritalanması fikrini ortaya attı. Ancak planın başarılı olabilmesi için o ve meslektaşlarının bu nötrinoların geldiği yönü nasıl daha kesin bir şekilde belirleyeceklerini bulmaları gerekiyordu. Buna ek olarak, basamaklı nötrinoların kozmik ışınların Dünya atmosferiyle etkileşimi sonucu oluşan önemli müon ve nötrino arka planından ayrılmasını geliştirmeleri gerekiyordu.
Kurahashi Neilson, “Orada ilginç bir bilgi olduğunu biliyordum; sadece onu ayıklamak için bir yöntem bulmamız gerekiyordu” diyor.
Kurahashi Neilson ve grubu tarafından geliştirilen teknik, bir yapay zeka (AI) modeli kullanarak Samanyolu’ndan gelen arka plan kaskad nötrino sinyalini ayırıyor. YZ modeli önce simüle edilmiş nötrino-kaskad verilerini kullanarak bu nötrinoların özelliklerini öğreniyor ve daha sonra bu bilgiyi gerçek verilerden çıkarmak için kullanıyor. YZ modeli daha sonra bu filtrelenmiş nötrinolar üzerinde ek analizler gerçekleştirerek kozmik yolculuklarını yeniden yapılandırıyor; bu beceriyi de simüle edilmiş veriler üzerinde pratik yaparak ediniyor.
Kurahashi Neilson ve IceCube İşbirliği, bugün sundukları haritayı oluşturmadan önce bu görüntüyü bir araya getirmek için üç deneme yaptı. İlk denemede 263 basamaklı nötrino tespit edildi ve bir yapay zeka modeli kullanılarak iki yıllık IceCube verilerinden çıkarıldı. İkinci denemede ise kaskad nötrino sayısı on kat artırıldı ve yedi yıllık veri bir araya getirildi. Bununla birlikte, her iki harita da işbirliğinin sinyalin gerçek olduğundan emin olmasını sağlayacak istatistiksel anlamlılık düzeyine sahip bir sinyal içermiyordu. Üçüncü haritayla birlikte bu durum değişti. 60,000 basamaklı nötrino ve 4.5 sigma istatistiksel anlamlılık ile bu harita 10 yıllık verileri bir araya getirmektedir.
Taboada’ya göre, “Bu sonuç çok sağlam.” Neilson Kurahashi de aynı fikirde. “[Sinyalin] gerçek olduğunu kesin olarak söyleyebiliriz” diyor.
Harita, birbirine bağlı mavi, bulanık lekelerden oluşan bir ağı andırıyor ve dağılımı, gökbilimcilerin geçmişte Güney Gökyüzünü incelemek için kullandıkları radyo, optik ve gama ışınlarınınkiyle neredeyse eşleşiyor. IceCube İşbirliği henüz bu lekelerdeki verileri incelememiş olsa da Kurahashi Neilson, dünyanın dört bir yanından gökbilimcilerin ne gibi sürprizler barındırdığını görmek için haritayı incelemeye başlayacağını tahmin ediyor. IceCube’ün baş araştırmacısı ve Wisconsin-Madison Üniversitesi’nde profesör olan Francis Halzen de aynı fikirde. Halzen’e göre elimizde üzerinde çalışabileceğimiz yepyeni bir veri koleksiyonu var.
Bu Samanyolu haritasının şaşırtıcı parlaklığı, keşfedilmesi gereken bir keşiftir. Gökbilimciler gama ışını verilerini kullanarak Galaksinin nötrinolarda nasıl görünmesi gerektiğini tahmin etmişlerdi. Taboada’ya göre, bu harita bu beklentilerden sapıyor. Galaksi beklediğimizden daha nötrino-parlak görünüyor.
Harita ilk olarak Kurahashi Neilson tarafından diğer iki grup üyesiyle yapılan bir Zoom görüşmesi sırasında görüldü. Gördükleri manzara karşısında hepsinin nutkunun tutulduğunu söyledi. “İnsanlık tarihi boyunca Samanyolu’nu çıplak gözle ya da teleskopla gören herkesi düşünün. Hepsi bu manzarayı kaçırdı. İlk olmak heyecan vericiydi.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v16/115
