NASA'dan Fermi yakındaki süpernovadan herhangi bir gama ışını görmüyor

SN 2023ixf'nin 2023'teki gözlemleri, kozmik ışınların süpernovalar tarafından üretilmesiyle ilgili şaşırtıcı sonuçlara yol açtı; kozmik ışınların kökenlerinin ve hızlanma mekanizmalarının anlaşılmasına yönelik potansiyel çıkarımlara yol açtı.

2023'te yakındaki bir süpernova, astrofizikçilere, bu tür patlamaların kozmik ışınlar adı verilen parçacıkları ışık hızına yakın hızlara nasıl yükselttiğine dair fikirleri test etmek için mükemmel bir fırsat sağladı. Ancak şaşırtıcı bir şekilde NASA'nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu, bu parçacıkların üretmesi gereken yüksek enerjili gama-ışını ışığının hiçbirini tespit edemedi.

18 Mayıs 2023'te, Büyük Ayı takımyıldızında yaklaşık 22 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan yakındaki Fırıldak Gökadasında (Messier 101) bir süpernova patladı. SN 2023ixf adı verilen olay, Fermi'nin 2008'deki fırlatılışından bu yana keşfedilen yakınlardaki en parlak süpernovadır.

Fermi teleskopundan beklenmeyen sonuçlar

İtalya'daki Trieste Üniversitesi'nden araştırmacı Guillem Martí Devesa, “Astrofizikçiler daha önce süpernovaların toplam enerjilerinin yaklaşık %10'unu hızlandırılmış kozmik ışınlara dönüştürdüğünü tahmin ediyordu” dedi. “Ancak bu süreci hiçbir zaman doğrudan gözlemlemedik. SN 2023ixf'nin yeni gözlemleriyle hesaplamalarımız, patlamadan sonraki birkaç gün içinde %1 kadar düşük bir enerji dönüşümüne yol açtı. Bu, süpernovaların kozmik ışın fabrikaları olduğu ihtimalini göz ardı etmiyor. ancak bu, üretimi hakkında öğrenecek daha çok şeyimiz olduğu anlamına geliyor.

Avusturya'daki Innsbruck Üniversitesi'nde Martti Devesa tarafından yürütülen bu makale, derginin gelecek baskısında yer alacaktır. Astronomi ve astrofizik.

Gama ışınları tespit edilmese bile NASAFermi'nin Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu, gökbilimcilerin evren hakkında daha fazla bilgi edinmesine yardımcı oluyor. Kaynak: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi

Kozmik ışınlar ve kökenleri

Her gün trilyonlarca trilyonlarca kozmik ışın Dünya'nın atmosferiyle çarpışıyor. Bunların kabaca %90'ı hidrojen çekirdekleri veya protonlardır ve geri kalanı elektronlar veya daha ağır elementlerin çekirdekleridir.

Bilim insanları 1900'lerin başlarından bu yana kozmik ışınların kökenlerini araştırıyor ancak parçacıkların kaynaklarına kadar takip edilemiyor. Kozmik ışınlar, elektrik yüklü olduklarından Dünya'ya doğru giderken karşılaştıkları manyetik alanlar sayesinde yollarını değiştirirler.

NASA'nın Greenbelt, Maryland'deki Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde Fermi projesi bilimcisi olan Elizabeth Hayes, “Gama ışınları doğrudan bize ulaşıyor” dedi. “Kozmik ışınlar, çevrelerindeki maddeyle etkileşime girdiğinde gama ışınları üretir. Fermi, yörüngedeki en hassas gama ışını teleskopudur, bu nedenle beklenen bir sinyali tespit etmediğinde, bilim adamları bu gizemi çözerek bir açıklama yapmalıdır. kozmik ışınların kökenlerine ilişkin daha doğru bir resim.

Fred Lawrence Whipple Gözlemevi'nin 48 inçlik teleskopu, Fırıldak Gökadasının (Messier 101) bu görünür ışık görüntüsünü Haziran 2023'te yakaladı. Süpernova 2023ixf'nin konumu daire içine alınmıştır. Arizona'daki Hopkins Dağı'nda bulunan gözlemevi, Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi tarafından işletilmektedir. Kredi bilgileri: Hiramatsu ve ark. 2023/Sebastian Gomez (STScI)

Kozmik ışın hızlandırıcıları olarak süpernovalar

Astrofizikçiler uzun süredir kozmik ışınların en büyük katkısının süpernovalar olduğundan şüpheleniyorlardı.

Bu patlamalar, Güneş'in kütlesinin en az sekiz katı kütleye sahip bir yıldızın yakıtı bittiğinde meydana gelir. Çekirdek çöker ve sonra geri dönerek şok dalgasını yıldızın dışına doğru iter. Şok dalgası parçacıkları hızlandırarak kozmik ışınlar yaratır. Kozmik ışınlar yıldızı çevreleyen diğer madde ve ışıkla çarpıştığında gama ışınları üretirler.

Süpernovalar galaksideki yıldızlararası ortamı büyük ölçüde etkiler. Patlama dalgaları ve genişleyen enkaz bulutu 50.000 yıldan fazla sürebilir. 2013 yılında Fermi ölçümleri gezegenimizde süpernova kalıntılarının bulunduğunu gösterdi Samanyolu Galaksiler, yıldızlararası maddeyle çarpıştıklarında gama ışını ışığı üreten kozmik ışınları hızlandırıyorlardı. Ancak gökbilimciler, kalıntıların bilim adamlarının Dünya'daki ölçümleriyle eşleşmeye yetecek kadar yüksek enerjili parçacık üretmediğini söylüyor.

Bir teori, süpernovaların, ilk patlamadan sonraki ilk birkaç gün ve hafta içinde galaksimizdeki en enerjik kozmik ışınları hızlandırabileceğini öne sürüyor.

Ancak süpernovalar nadirdir ve Samanyolu gibi bir galakside her yüzyılda yalnızca birkaç kez meydana gelir. Yaklaşık 32 milyon ışıkyılı uzaklıkta süpernovalar yılda ortalama yalnızca bir kez meydana gelir.

Görünür ışık teleskoplarının SN 2023ixf'yi ilk kez görmesiyle başlayan bir aylık gözlemlerden sonra Fermi, gama ışınlarını tespit edemedi.

Zorluklar ve gelecekteki araştırmalar

Fransa'daki Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nin bir parçası olan Montpellier Evren ve Parçacıklar Laboratuvarı'nda astrofizikçi olan ortak yazar Mathieu Renaud, “Ne yazık ki gama ışınlarını görmemek, kozmik ışınların olmadığı anlamına gelmiyor” dedi. “Gama ışınlarının yokluğunu kozmik ışın üretimi için bir üst sınıra dönüştürmek amacıyla hızlanma mekanizmaları ve çevre koşullarıyla ilgili tüm temel hipotezleri gözden geçirmeliyiz.”

Araştırmacılar, patlamanın enkazı dağıtma şekli ve yıldızı çevreleyen malzemenin yoğunluğu gibi, Fermi'nin olaydan kaynaklanan gama ışınlarını görme yeteneğini etkilemiş olabilecek bazı senaryolar öne sürüyorlar.

Fermi gözlemleri, bir süpernova patlamasından hemen sonraki koşulları incelemek için ilk fırsatı sağlar. SN 2023ixf'nin diğer dalga boylarında ek gözlemleri, bu olaya dayanan yeni simülasyonlar ve modeller ve diğer genç süpernovalara ilişkin gelecekteki çalışmalar, gökbilimcilerin evrendeki kozmik ışınların gizemli kaynaklarına ulaşmalarına yardımcı olacak.

Fermi, Goddard tarafından yönetilen bir astrofizik ve parçacık fiziği ortaklığıdır. Fermi, ABD Enerji Bakanlığı ile işbirliği içinde ve Fransa, Almanya, İtalya, Japonya, İsveç ve ABD'deki akademik kurumların ve ortakların önemli katkılarıyla geliştirildi.