Bilim adamları, Samanyolu galaksisinde protonları bir kuadrilyon elektron voltların ötesine iten bir kozmik hızlandırıcı nesne keşfettiler. Bu keşif, Samanyolu'nun en enerjik kozmik ışınlarının nereden geldiğini ve galaksiyi nasıl etkilediğini anlamaya yardımcı olabilir.
Kozmik ışınlar, büyük çoğunlukla protonlardan oluşur ve bazıları insan yapımı parçacık hızlandırıcılarının üretebileceğinden daha yüksek enerjilere ulaşabilir. CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcı, protonları neredeyse ışık hızına çıkarabilir, ancak uzayda bulunan doğal hızlandırıcılar daha da aşırı enerji seviyelerine ulaşabilir.
Uluslararası bir araştırma ekibi, Hiroshima Üniversitesi'ni liderliğinde, üç büyük gözlemevinin gözlemlerini birleştirdi ve sonuçları 16 Temmuz 2026'da The Astrophysical Journal'de yayımladı.
Doğal Bir Hızlandırıcıyla İlgili Olağanüstü Güç
"Bu muazzam enerji, kozmik ışınların astronomi ve astrofizikte önemli olmasını sağlar" dedi çalışmanın ilk ve entsprech yazarı Tsunefumi Mizuno, Hiroshima Üniversitesi'nin Hiroshima Astrofizik Bilim Merkezi'nde asociate profesör.
Kozmik ışın enerjileri, bir elektronun elektriksel potansiyelinin bir volt artmasıyla kazandığı enerjiyi tanımlayan elektron voltlarla ölçülür.
"Galaktik kozmik ışınların en yüksek enerjisi bir kuadrilyon (10^15) elektron voltlarını aşabilir veya bir peta elektron voltlar (PeV) olabilir. Bir PeV düzeyinin üzerinde bir proton hızlandırıcısı olan bir proton PeVatron bulmak, modern astrofizikte en heyecan verici konulardan biridir ve daha önce LHAASO J1912+1014u olarak bilinen böyle bir nesneyi tanımladık."
Proton PeVatron, protonları PeV eşiğinin ötesine iten doğal bir kozmik hızlandırıcıdır. Bu nesneleri tanımlamak zor çünkü bilim adamları, protonlar tarafından üretilen sinyalleri, yüksek enerjili elektronlar tarafından üretilen sinyallerden ayırmak zorundadır.
Gama Işınları Mümkün Bir PeVatron'a İşaret Ediyor
Tibet AS gama deneyi ve Çin'in Büyük Yüksek İrtifa Hava Duşuk Gözlemevi (LHAASO), 0.1 PeV'nin üzerinde gama ışını kaynaklarını tespit etti. Bu kaynaklardan biri LHAASO J1912+1014u'dur.
Gama ışınları, en yüksek enerjili elektromanyetik radyasyon formudur. Kozmik ışın parçacıkları çevreleriyle etkileşime girdiğinde üretilebilir ve enerjileri genellikle kozmik ışınların ürettiği enerjinin onda biridir.
Bu nedenle, PeV aralığının altında gama ışını üreten kaynaklar, mümkün PeVatron adayları olarak düşünülebilir. Daha önceki araştırmalar, LHAASO J1912+1014u'nun bir pulsar rüzgarı bulutu veya bir süpernovanın patlamasıyla oluşan diğer bir tür enkaz olabileceğini önerdi.
"Ancak, Tibet AS gama ve LHAASO deneylerinden alınan veriler alone, proton PeVatron'ları net bir şekilde tanımlayamaz çünkü PeV kozmik ışın elektronları da daha düşük enerji gama ışınlarını üretebilir" dedi Mizuno.
Gözlemlerin sınırlı görüntü çözünürlüğü, araştırmacıların kaynağın yakından incelenmesini ve gama ışınlarının protonlar veya elektronlar tarafından üretildiğini belirlemelerini engelledi.
Üç Gözlemevi, Eksik Verileri Sağladı
Ek bilgiler, birkaç diğer enstrümandan mevcuttu. Bunlar, NASA'nın Fermi Büyük Alan Teleskobu (Fermi-LAT); Japonya'nın liderliğindeki FOREST Unbiased Galactic plane Imaging anketi ile Nobeyama 45-m teleskobu (FUGIN); ve NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'ni içeriyordu.
LHAASO J1912+1014u, 2024 yılında keşfedildi. Aquila takımyıldızında, Yaz Üçgeni'ni oluşturan iyi bilinen yıldızlardan biri olan Altair'e yakındır. Bilim adamları, nesneyi başlangıçta bir süpernova kalıntısı olarak sınıflandırdı, ancak 100 TeV'nin üzerinde emisyonlar tespit edildikten sonra bu yorum daha az kesin hale geldi.
"Birden fazla deneyden alınan verilerle, LHAASO J1912+1014u'yu ayrıntılı bir şekilde inceledik" dedi Mizuno.
Gözlemevler, elektromanyetik spektrumun geniş bir bölümü boyunca, radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar ölçümler sağladı. Bu, araştırmacıların kaynağın ayrıntılı bir çoklu dalga boyu modelini oluşturmasına izin verdi.
Enerji Spektrumunu Birleştiren Sinyaller
Fermi-LAT, bir giga-elektron-volt (GeV) civarında gama ışınlarını ölçtü. Chandra, daha düşük enerjilerde X-ışını gözlemleri topladı, bu sırada FUGIN daha düşük enerjilerde radyo verileri sağladı.
Bu ölçümler, LHAASO'dan alınan tera-elektron-volt (TeV) gözlemleriyle birleştirildi. Sonuç, LHAASO J1912+1014u'nun bir proton PeVatron olduğunu güçlü bir şekilde gösterdi ve diğer olası açıklamaları ortadan kaldırdı.
Üç ana bulgu, bu sonuca destek verdi.
İlki, gama ışını sinyalinin 100 trilyon elektron voltların üzerinde düzgün bir şekilde uzanması. Mizuno'ya göre, geniş enerji aralığı, kaynağın principalmente elektronları hızlandırdığını şüpheli hale getirdi.
İkincisi, GeV gama ışınlarının dağılımının, FUGIN radyo gözlemleriyle haritalanan yıldızlararası gazın modeliyle yakından eşleşmesi. Bu bağlantı, yüksek enerjili protonların çevreleyen gazla çarpışıp gama ışınları ürettiğinde beklenir.
Üçüncüsü, Chandra'nın yalnızca çok zayıf difüz X-ışını emisyonu tespit etmesi. Elektronların hızlandırıldığı bir kaynak, genellikle daha güçlü X-ışını sinyalleri üretmesi beklendiğinden, zayıf emisyon da proton açıklamasını destekledi.
Üç Veri Seti, Bir Kozmik Motoru Ortaya Çıkardı
"Bu araştırma, ekip çalışmasıyla başarıldı. Eski bir Japon atasözü vardır: 'Bir ok kolayca kırılabilir, ancak üç ok bir araya gelip bağlandığında kırılmaz.' Bu çalışmada, üç ok - Fermi-LAT GeV gama ışını verileri, FUGIN radyo verileri ve Chandra X-ışını verileri - bir araya gelip ayrıntılı bir çoklu dalga boyu modellemesiyle, hedefimizin LHAASO J1912+1014u olduğunu ve bu nesnenin bir kozmik ışın proton PeVatron'u olduğunu ortaya koydu" dedi Mizuno.
Çalışma, sadece nesneyi bir PeVatron olarak tanımlamakla kalmadı, ayrıca hızlandırılan parçacıkların özelliklerini de inceledi, bu da nesneyi güçlendirip süreci çalıştıran nesnenin türünü ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir.
Mizuno, Samanyolu'nda dozens of diğer olası proton PeVatron'ları olduğunu söyledi. Ekibi şimdi, bu adayların daha kapsamlı bir şekilde incelenmesini planlıyor ve hangilerinin onaylandığını ve hangi tür kozmik nesnelerin bunları ürettiğini belirlemeyi amaçlıyor.
