Süpernovaların Potansiyel PeVatron Olarak Hizmet Verebileceğini Gösteren Yeni Araştırma

Son yapılan araştırmalar, dev yıldızların patlamaları olan süpernovaların, uygun koşullar altında bir PeVatron’a dönüşebileceğini gösteriyor. PeVatron, saniyede bir katrilyon elektronvolt (PeV) enerji üretebilen bir kaynağı ifade eder – bu da dünyanın en güçlü atom çarpıştırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan (LHC) bin kat daha güçlü demektir.

Yaklaşık yüz yıldır, astronomlar evrenden gelen yüksek enerjili parçacıklar yani kozmik ışınları gözlemlemektedir. Bu ışınlar genellikle protonlardan ve bazen ağır element çekirdeklerinden oluşmaktadır. Dünyanın manyetik alanı veya üst atmosferi genellikle bu ışınları saptırır veya emer, ancak bazıları yüzeye kadar ulaşabilir. Bu durumda, her saniye vücudumuza bir kozmik ışın çarpıyor.

Bilim insanları uzun bir süredir, bu yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağının süpernovalar olabileceğinden şüphelenmekteydi. Çünkü bu dev yıldız patlamaları, gerekli enerjiye, bol miktarda temel parçacığa ve bu parçacıkları kozmosa fırlatmadan önce hızlandıracak manyetik alanlara sahiptir.

Ancak şimdiye kadar Tycho ve Cassiopeia A gibi yakın süpernova kalıntılarından gelen kozmik ışınlar, beklenenden çok daha düşük seviyede ölçülmüştü. Bu durum, süpernova hipotezini zayıflatmıştı.

Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanacak yeni bir makalede araştırmacılar, süpernova hipotezine yeniden can verdi. Araştırmalarına göre, bazı özel durumlarda süpernova kalıntıları gerçekten PeV seviyesinde kozmik ışınlar üretebiliyor.

Bunun için yıldızın süpernova haline gelmeden önce en az iki Güneş kütlesi kadar madde kaybetmesi gerekmektedir. Bu durum oldukça yaygındır; güçlü yıldız rüzgarları, patlama öncesinde yıldızın dış katmanlarını uzaya savurabilir. Ancak kritik nokta, bu maddenin çok fazla dağılmaması ve yoğun, kompakt bir kabuk şeklinde yıldızın yakınında kalmasıdır.

Süpernova gerçekleştiğinde, patlamadan gelen şok dalgası bu yoğun kabuğa çarpabilir. Bu esnada manyetik alanlar aşırı derecede güçlenir ve kabuktaki rastgele alt atomik parçacıklar şok dalgasında hızlandırılarak ileri geri fırlatılır. Her iterasyonda enerji kazanan parçacıklar, nihayetinde yeterli güce ulaşır ve kozmik uzaya yayılır.

Ancak bu aşırı enerjili süreç sadece birkaç ay sürer. Şok dalgası yavaşladığında, sistemin gücü azalır ve PeV üzeri kozmik ışınlar artık üretilmez.

Bu durum, neden bugüne kadar aktif bir PeVatronun doğrudan gözlemlenmediğini de açıklar. Samanyolu’nda birkaç yılda bir süpernova patlaması olsa da, hiçbiri modern çağda bu kısa PeV üretim penceresi sırasında yeterince yakın olmamıştır. Bilim insanları şimdi sabırla beklemek durumundadır.