Galaksi merkezinden gelen garip fotonlar

Gece şehir ışıklarından uzakta bir yerde başınızı kaldırıp gökyüzüne baktığınızda ışıldayan yüzlerce yıldızın arasında bir toz bulutu görürsünüz. Bu toz bulutu Samanyolu Galaksisi. Samanyolu Galaksisi merkezinde yoğunlaşmış bir bölge, yani galaktik merkez, etrafında dönen dört sarmal koldan oluşan bir disk. İçinde bulunduğumuz Güneş Sistemi bu dört sarmal koldan birinde yer alıyor.

Biz galaktik merkezden yaklaşık 25,000 ışık yılı uzaktayız. Astrofizikçiler - ve parçacık fizikçiler- için galaktik merkez gözden ırak ama gönülden hiçbir zaman ırak değil. (Önceki yazılarımdan birinde bahsettiğim gibi bu seneki Nobel Fizik Ödülü’nün bir kısmı galaktik merkezde bulunan kara deliğin keşfine verildi.) Birçok teleskop ile galaksinin merkezinden gelen çeşitli sinyaller takip ediliyor. Bu sinyallerden bazıları radyo dalgaları, X-ray ışınları ve gama ışıması olarak ulaşıyor bize. (Bunların hepsi değişik enerjilerde elektromanyetik dalgalar. Gama ışınları içlerinden en yüksek enerjiye sahip olan.) Bu sinyalleri takip eden bir teleskop Fermi Gama-Işını Uzay Teleskobu. Fermi teleskobu, Dünya yörüngesinde çalışan bir gözlemevi. 2008 yılında yörüngeye oturdu. Bu gözlemevinde bulunan Geniş Alan Teleskobu (Fermi-LAT) parçacık fizikçilerin yüreğini hoplatan bir gözlem yaptı: Galaktik merkezden gelen kaynağı bilinmeyen gama ışınları!

Aslında bu garip gözlemi ilk ortaya çıkaran astronomlar değil parçacık fizikçiler oldu. Fermi-LAT’ın topladığı veriler halka açık. 2009 yılında Lisa Goodenough ve Dan Hooper adlı iki parçacık fizikçi bu halka açık veriyi kendileri analiz etmeye karar veriyorlar. Galaksi merkezi çok karmaşık bir yer. Milyarlarca yıldız, büyük kütleli bir kara delik, büyük ihtimalle çokça karanlık madde, süpernovalar, pulsarlar, … Var da var! Astrofizikçiler bu objelerin detaylı bir modelini ve haritasını çıkarmakla hâlâ uğraşıyorlar. Goodenough ve Hooper, elimizde olan verilere dayanarak, galaksi merkezinden gelmesi beklenen gama ışınları ile Fermi-LAT’ın gözlemlediği ışınları karşılaştırıyor. Yayınladıkları makale üzerinden 10 sene geçmiş olmasına rağmen hâlâ parçacık fizik dünyasını çalkalamaya devam ediyor. Galaksinin merkezinden gelen ve astronomik objelerden beklenmeyen, fazlalıkta gama ışınları var. Peki, bu ışınlar nereden geliyor?

ASTRONOMİK KAYNAKLAR VE KARANLIK MADDE

Bilim insanları galaksi merkezinden gelen bu sürpriz fotonların olası iki kaynağı olduğunu düşünüyor. Birincisi astronomik kaynaklar. Galaksi merkezindeki objelerin sayısını, dağılımını ve büyüklüklerini ne kadar biliyoruz? Belki henüz haritalarımızda olmayan objeler vardır. Bu ekstra fotonların enerji dağılımı birçok astronomik kaynağı eliyor. Astronomik objelerden tek olası kaynak pulsarlar. Pulsar yüksek manyetik alanı altında dönen yıldızlar. Pulsarlar gözlemlenen gama ışınlarının enerjisine uyan fotonlar salıyor. Fakat gözlemlediğimiz yoğunlukta gama ışını üretmek için çok sayıda pulsara ihtiyaç var. Galaksi merkezinde eğer o kadar çok pulsar olsa elbet başka bir şekilde gözlemlerdik, değil mi? Bu çok da belli değil. Bunlar gerçekten zor gözlemler.
Diğer açıklama: Karanlık madde! Karanlık madde evrenin her köşesine yayılmış durumda. Ne olduğunu bilmiyoruz ama kütle çekim kuvveti ile etkileştiğini biliyoruz. Yani kütlenin çok olduğu yerlere doğru çekiliyor. Bu yüzden galaksi merkezinde yoğun bir karanlık madde varlığı olmasını bekliyoruz. Merkezde yoğunlaşmış karanlık madde parçacıkları birbirlerine çok yaklaştıklarında olası etkileşimlerinden dolayı birbirlerini imha ederler. Bu imhanın sonucunda karanlık madde kütlesi enerjiye dönüşür. Bu enerji fotonlar aracılığı ile yayılabilir. Yani belki gözlemlediğimiz bu gama ışınları karanlık madde parçacıklarının birbirini yok etmesinden geliyor.

Bir dahaki sefer gökyüzünde Samanyolu Galaksisi’ni gördüğünüzde hatırlayın: Belki de gözünüze ulaşan fotonlardan bazıları karanlık madde çarpışmalarından geliyor olabilir!