Kandilli Rasathanesi’nde İlk Astrofizik Günü

İstanbul’un en güzel yerlerinden birinde, Kandilli sırtlarında kurulu Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Rasathanesi Astronomi Labaratuvarı, bugün ilki düzenlenen ve artık her ay bir yenisi tekrarlanacak ‘Türk Astronomi Derneği-Kandilli Astrofizik Günleri’ buluşmalarına ev sahipliği yapıyor olacak!

 

 

İstanbul’da nadir rastlanan bir sessizlik ve sol tarafınızda Boğaz manzarası ile küçük bir koru içinden geçerek ulaştığınız gözlemevinin tarihi kütüphanesinde oldukça mütevazi bir toplulukla bugün ilk buluşma gerçekleştirildi [Kandilli rasathanesini tanıtan ve burada yapılan çalışmaları detaylı bir şekilde anlatan eski bir yazım için tıklayınız]. Konuşmayı veren İstanbul Teknik Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü’nden K. Yavuz Ekşi, M82 galaksisinde yakın zamanda gözlenen bir Ultra-Parlak X-Işını Kaynağı üzerine konuştu (Makale için tıklayınız).

 

Kandilli Rasathanesi Astronomi Laboratuarı (Kaynak: Kandilli Rasathanesi)

 

Yüksek enerji astrofiziğinde özellikle Türkiye’de birçok aktif grubun üzerinde çalıştığı bir konu olan nötron yıldızları ve pulsarlar için, yıldız evriminin son aşamasında yıldız patlamaları ile oluşma süreçleriyle ilişki olarak, müthiş yükseklikteki yoğunlukları, çoğunda rastlanan yüksek dönüş frekansları ve devasa manyetik alanları nedeniyle astrofizikte oldukça ‘uç’ örnekler diyebiliriz. Bu cisimleri gökyüzünde  tespit edebilmenin başlıca yöntemlerinden biri bu kaynaklardan gelen periyodik ışınımlar. Aşağıdaki grafikte de gördüğünüz gibi nötron yıldızının dönüş ekseni ile çakışmayan manyetik ekseni ve bu eksenden yayınlanan ışınımın bizim bakış doğrultumuzdan kesişmesiyle ortaya çıkan periyodik ışınımlar bu tip sistemlerin karakteristik özellikleridir diyebiliriz. K. Yavuz Ekşi ve ekibinin yaptığı ve bugünkü konuşmanın ana-teması olan çalışmada da, Ekim ayından Nature’da yapılan bir yayın(ücretli) ile duyurulan ve NuSTAR uydusu ile tespit edilen bir ultra-parlak X-ışını kaynağı (ULX-ultra luminous X-ray source)’nın, yapılan analizlerle yakınındaki başka bir yıldızdan üzerine madde yığılan bir nötron yıldızı olduğu ve bu cismin manyetik alanının orjinal makaledeki değerden çok daha yüksek olduğu ortaya konuyor.

 

Yanındaki yıldızdan madde çalarak, etrafındaki diskten kendi üzerine madde yığılan kompakt bir obje ve yaydığı ışınımı gösteren bir çizim (Kaynak: NASA)

 

Biraz teknik konuşmak gerekirse; ULX kaynakları, yakınındaki bir başka yıldızdan üzerine madde yığılması gerçekleşen ve (isimlerindeki ‘ultra’ya atfen) böyle bir yığılma sürecinde ortaya çıkabilecek limit parlaklık olan Eddington parlaklığından daha fazla ışınım yapan kompakt cisimlerdir. Öncesinde bu cisimlerin, bu kadar yüksek ışınımları nedeniyle ancak birer orta-büyüklükte kütleye sahip (100-1000 Güneş kütlesi) karadelikler olduğu düşünülürken, sözü edilen cismin X-ışınlarında periyodik ışınımı ortaya çıkınca bu cismin artık bir karadelik olamayacağı, ancak bir nötron yıldızı olabileceği ortaya çıktı. Fakat gelişen yeni bu durumda da, yaklaşık 2 Güneş kütlesine sahip bir nötron yıldızından bu ölçüde ultra-parlak bir ışınımı elde etmek için de bir çözüm ortaya koymak gerekiyor. Ekşi ve ekibi, bunu nötron yıldızının etrafındaki yığılma diski ile oluşturduğu tork dengesi sonucu, parlaklığı hesaplarken devreye giren tesir kesiti adı verilen bir parametrenin kuantum elektro dinamiksel etkilerle azalması ve buna bağlı olarak da parlaklığın arttığını gösteriyorlar (daha basit anlatmam mümkün değil :/ ). Hesaplamalar sonucunda nötron yıldızının manyetik alanını, Nature’da yayınlanan makaledeki değerden bir mertebe daha fazla, ~10^13 Gauss(10 üzeri 13) olarak hesaplıyorlar [Karşılaştırma için: Dünya’nın yüzeyindei manyetik alanının şiddeti ~0.5 Gauss).

 

Gelelim bu çalışmanın anlam ve önemine; ekibin ortaya koyduğu çözüm ve hesapladıkları manyetik alan, araştırmaya konu olan cismin nötron yıldızı kimliğini perçinleyen hatta bunu daha da ileri götürüp, sahip olduğu bu yüksek manyetik alan nedeniyle bir başka nötron yıldızı sınıfı olan magnetarlarla ilişikilendirilmesini sağlamış oluyor. Bu sonuç da, nötron yıldızları içinde en sıradışı olan magnetarların benzer tip yüksek enerjili çiftlerden zamanla evrilebileceklerini iddia eden görüşlere bir katkı niteliği taşıyor. Ayrıca bu sonuçların, ULX kaynaklarının başta sanıldığı gibi sadece karadeliklerden oluşan homojen bir sınıf olmadığı, ışıma sürecinde çok farklı süreçlerin işlediği nötron yıldızlarının da oyuna dahil olduğunu ortaya koyan öncü çalışmalardan biri olduğu da söylenebilir.

 

Büyük bir kısmı yüksek lisans ve doktora öğrencilerinden oluşan, İstanbul’daki çeşitli üniversitelerden astrofizikçilerin de katılımıyla gerçekleşen ilk ‘Kandilli Astrofizik Günleri’ konuşması fazlasıyla verimli ve keyifli geçti. Konuşma aynı zamanda canlı olarak Google Hangout ve Youtube’dan da yayınlandı ve kaydedilen konuşma Youtube kanalından izlenebilir. Bir sonraki konuşma 12 Ocak 2015 Pazartesi günü saat 15:30’da yine aynı yerde!

 

Yazıya ve seminere konu edilen makaleye erişmek için: http://arxiv.org/abs/1410.5205

Astronomi için yeni bir pencere: Nötrinolar

Antartika’da, buzların yaklaşık 2500 metre derininde 86 dedektör, astrofizikte gözlemesi en güç parçacığı yakalamak için yıllardır uzun bir bekleyiş içinde.. Genellikle nüklüer reaksiyonlar sonucunda açığa çıkan ve doğada bilinen temel kuvvetlerle neredeyse yok denecek kadar nadir etkileşen bu ilginç parçacıkların ismi “nötrino”! 12 farklı ülkeden 276 biliminsanın yer aldığı IceCube deneyi, geçtiğimiz günlerde, sonunda bu parçacıkların izine rastladıklarını duyurdu. Tespit edilen yüksek enerjili nötrinolar, gökcisimleri hakkında bilgi edinebilmek için astronomide en çok kullanılan elektromanyetik dalgaların(ışığın) dışında bir kaynak olma yolunda ilk gelişmeyi temsil ediyorlar. Hatta, bu konuda çalışan bir biliminsanı bu olayı “İddiaya girerim ki 20 yıl sonra dönüp baktığımızda, ‘evet bu olay nötrino astronomisinin başlangıcıydı diyeceğiz’ ” diye ifade ediyor!

 

Antartika’da Amundsen-Scott Güney Kutbu İstasyonunda IceCube labaratuarı. Buzların derinliklerindeki dedktörlerden gelen ham veriler burada toplanıyor ve ilk analizler yapılarak deney grubu üyelerine gönderiliyor. (Telif Hakkı: Felipe Pedreros, IceCube/NSF)

 

Bir ışık yılı uzunluğunda kurşun levhanın içinden geçtiğinde tek bir atomla bile etkileşmeyecek kadar “zayıf etkileşimli” bu parçacıklar, ayrıca atmosferde kozmik ışınların oluşturdukları parçacık yağmurlarında ve evrendeki yıldızların son aşamasındaki süpernova patlamalarında da fazlasıyla üretiliyorlar. Madde ile nadir etkileştiklerinden nötrinoları gözlemenin bu kadar güç olması, bu parçacıkların sayıca az olduklarını düşündürmesin! Güneş’teki nükleer reaksiyonlar sonucu oluşan nötrinoların tirilyonlarcası(evet doğru okudunuz!) her saniye vücudunuzden geçip gitmekte.

 

Antarktika’daki deneyde, bu nadir etkileşen parçacıkları yakalamak için bir kilometre küplük buz kütlesi içine yerleştirilmiş çok sayıda dedektör kullanılarak uzun süreler bekleniyor. İşte bu süreçte, IceCube ekibi 2010 Mayıs’ı ve 2012 Mayıs’ı arasında 30 trilyon elektronvolt (30TeV) enerjinin üzerinde 28 nötrino olayı gözlediğini ve bunların büyük bir kısmının Güneş Sistemi’nin çok ötelerinden geldiğini göstermiş oldu.

 

IceCube deneyinde gözlenen nötrinolar “muon-nötrino” olarak sınıflandırılıyor. Parçacık fiziğindeki onlarca parçacığı çeşitli özelliklerini göz önüne alarak peluş oyuncaklar olarak dağıtan bir prode Particle Zoo’dan bir görüntü yukarıda bulunuyor. Nötrinoların nadir etkileşimleri tasarıma da fazlasıyla yansımış! (Telif Hakkı: Particle Zoo)

 

Güneş Sistemi dışından nötrinoların gelişi aslında bir ilk değil… 1987’de uydu galaksimiz Macellan Bulutu’nda gerçekleşen bir süpernova patlamasından(1987A) yola çıkan nötrinolar Dünya’dan gözlenebilmişti. Fakat bu habere konu olan parçacıklar, 1987’dekilerden hem çok daha yüksek enerjili, hem de evrenin çok daha uzak noktalarından geliyorlar.

 

IceCube deneyinde gözlenen en yüksek enerjili nötrino sinyalini gösteren grafik. Yukarıdaki gibi çok yüksek enerjili nötrinolar dedektörde birçok “ikincil” parçacık yağmurları oluşturuyor. Daha düşük enerjili atmosfer kaynaklı nötrinolar ise sadece muon adlı parçacıktan oluşan bir iz oluşturuyorlar. IceCube’teki fizikçiler yukarıdaki nötrinoyu “Ernie” olarak isimlendirdiler. (Telif Hakkı: IceCube Collaboration)

 

Bu deneylerde, şu anda birkaç gözlem ile istatistiksel yöntemler kullanılarak müthiş işler yapılıyor aslında fakat bu nötrinoların tek tek hangi kaynaklardan geldiğini bulmak günümüz dedektör boyutları ve teknolojileriyle epey uzak görünüyor. Bu problemleri aşmak adına, IceCube ekibi, Antartika’daki projeyi büyütmek için 270 milyon dolarlık bir genişletme projesi önermeye hazırlanıyor. Aynı zamanda Avrupa ülkeleri de yakın zamanda benzer bir dedektörü Akdeniz’in altına yerleştirmeyi planlıyorlar.

 

Bütün bu çalışmalara rağmen, bir yıldızın ya da herhangi bir gökcisminin “nötrino teleskopları” ile detaylı görüntüsünü alıp göz kırptığını görmek için epey zaman olsa da, benim de araştırma alanım olan parçacık astrofiziğinde böylesi bir gelişmeye tanıklık ediyor olmak oldukça heyecan verici! İleride bu konuda bir sunum ya da ders veriyor olursak bu günleri anacağımız kesin!

 

Araştırmanın makalesi Science’ın 22 Kasım 2013 sayısında yayınlandı. Keşfe dair birkaç yazının bağlantısı ise aşağıda:

 

IceCube pushes neutrinos to the forefront of astronomy – IceCube Collobration

IceCube finds cosmic neutrinos at the South Pole – Physics World