Kozmik radyasyon: En küçük mikrokuasarlar bile etkili parçacık hızlandırıcılarıdır.

En küçük mikrokuasarlar bile etkili parçacık hızlandırıcılarıdır.

Yüksek enerjili kozmik ışınlardan hangi astrofizik nesneler sorumludur? Bir yıldız kara deliği ve normal bir yıldızdan oluşan sistemler olan mikrokuasarlardan uzun zamandır şüpheleniliyordu - ancak yalnızca büyük kütleli benzerlerinden. Şimdi, ilk kez, düşük yıldız kütleli mikrokuasarların bile verimli parçacık hızlandırıcılar olduğu kanıtlandı.

Sanatçının bir mikrokuasar tasviri. Bir yıldız ve bir kara delik, yakın mesafede birbirlerinin yörüngesinde dönerken, kütle yıldızdan kara deliğe doğru çekiliyor. Sonuç olarak iki jet oluşuyor. [ Daha büyük resmi görüntüle]

Gezegenimiz sürekli olarak uzaydan gelen parçacıklarla bombardımana tutuluyor. Güneş sistemimizden gelen ve gece gökyüzünde büyüleyici yıldızlar oluşturan kayalık meteoritlere aşina olsak da, bilim insanlarının evrenin doğasını anlamalarına yardımcı olan asıl şey en küçük parçacıklardır. Yıldızlararası uzaydan ve ötesinden gelen elektron veya proton gibi atom altı parçacıklar, evrendeki bilinen en hızlı parçacıklar arasındadır ve kozmik ışınlar olarak bilinirler. Bu kozmik parçacıkların en enerjik olanlarının kökeni ve hızlanma mekanizmaları, astrofiziğin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam etmektedir. Kara deliklerden yayılan hızlı madde çıkışları (veya "jetler"), verimli parçacık hızlandırması için ideal bir yer olacaktır. Ancak, hızlanma süreçlerinin nasıl ve hangi koşullar altında meydana gelebileceğine dair ayrıntılar hala belirsizdir.

Galaksimizde en güçlü jetler, mikrokuasar adı verilen sistemlerde meydana gelir: bir yıldız kara deliği ve "normal" bir yıldızdan oluşan sistemler. Bu iki sistem birbirinin yörüngesinde döner ve yeterince yakınlaşır yaklaşmaz, kara delik yoldaşını yavaşça "yutmaya" başlar. Sonuç olarak, kara deliğin yakınında jetler belirir. Son yıllarda, mikrokuasar jetlerinin etkili parçacık hızlandırıcılar olduğuna dair kanıtlar artmaktadır. Ancak, galaksideki toplam kozmik radyasyon miktarına toplu olarak ne kadar katkıda bulundukları belirsizdir.

Bu soruyu cevaplamak için, tüm mikrokuasarların mı yoksa sadece birkaçının mı parçacıkları hızlandırabildiğini bilmemiz gerekiyor. Mikrokuasarlar, eşlik eden yıldızlarının kütlesine bağlı olarak "düşük kütleli" veya "yüksek kütleli" sistemler olarak sınıflandırılır ve düşük kütleli sistemler evrende çok daha yaygındır. Ancak, parçacık hızlandırmasına dair kanıtlar şimdiye kadar yalnızca yüksek kütleli sistemlerde bulunmuştur. Örneğin, yakın zamanda galaksideki en güçlü parçacık hızlandırıcılarından biri olarak tanımlanan SS 433 mikrokuasar, Güneş'in yaklaşık on katı kütleye sahip bir yıldız içermektedir. Bu nedenle, düşük kütleli mikrokuasarların gama ışınları üretecek kadar güçlü olmadığı genel olarak kabul edilmiştir.

Heidelberg'deki Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü'nden (MPIK) Dr. Laura Olivera-Nieto ve İtalya'daki Trieste Üniversitesi'nden Dr. Guillem Martí-Devesa, bu paradigmayı sarsan bir keşifte bulundu: NASA uydusundaki Geniş Alan Teleskobu dedektöründen gelen verileri kullandılar. Fermi, Güneş'ten daha küçük bir yıldıza sahip bir mikrokuasar olan GRS 1915+105'in konumuyla örtüşen zayıf bir gama ışını sinyali tespit edildiğinde 16 yaşındaydı. Gama ışını sinyalinin ölçülen enerjisi 10 GeV'nin üzerindeydi ve bu da sistemin parçacıkları daha da yüksek enerjilere hızlandırabileceğini gösteriyordu. Gözlemler, protonların jetlerde hızlandırılıp ardından çevredeki gazla etkileşime girerek gama ışını fotonları ürettiği bir senaryoyu destekliyordu.

Sunulan çalışma için, Japonya'daki 45 metrelik Nobeyama radyo teleskobundan elde edilen veriler de kullanıldı. Bu veriler, kaynağın etrafında bu senaryonun gerçekleşmesi için yeterli gaz malzemesi bulunduğunu gösteriyor. Bu sonuç, düşük kütleli bir yıldıza ev sahipliği yapan mikrokuasarların bile parçacıkları hızlandırabildiğini gösteriyor. Bu, en kalabalık sınıf olduğundan, bu bulgu, mikrokuasarların bir grup olarak galaksimizin kozmik radyasyon içeriğine genel katkısı açısından önemli sonuçlar doğuruyor. Parçacık hızlandırma kaynaklarını daha da daraltmak için farklı dalga boyu aralıklarında daha fazla çalışma planlanıyor.

Ekip bulgularını, yayınlanan bir uzman makalesinde rapor ediyor Astrophysical Journal Letters'da yayımlandı.