Yıldızlar ve diğer gök cisimleri sürekli olarak foton, proton ve nötrino gibi parçacıklar yayar. Belki de şu anda, çok uzaklarda patlayan bir yıldız, uzayın derinliklerine milyonlarca parçacık göndermiş durumda. Işık hızına yakın hızlarla yol alan bu parçacıklar, kozmik ışınlar olarak adlandırılır.
Yaklaşık 100 yıl önce, Avusturyalı fizikçi Victor Hess bir sıcak hava balonuna binerek yerden 5.3 kilometre yüksekliğe çıktı. Bu tehlikeli yolculuğu yapmasının nedeni basitti: Hess ve dönemin birçok bilim insanı, iyonlaştırıcı radyasyonun kaynağını merak ediyordu. Bu enerjik ışınlar yeryüzüne nereden geliyordu?
İyonlaştırıcı radyasyon, maddeyle etkileşime girerek atomlardan elektron koparabilen parçacıklardan oluşur. Örneğin, Fukuşima nükleer felaketinde açığa çıkan radyasyon bu türdendir. Hess’in en büyük başarısı, yüksekliğin arttıkça iyonlaştırıcı radyasyon seviyelerinin de arttığını göstermesiydi. Bu da radyasyonun kaynağının Dünya değil, uzay olduğunu kanıtladı.
Bu nedenle bu radyasyona “kozmik ışınlar” adı verildi. Hess, bu keşfiyle 1935 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü. Victor Hess’in sıcak hava balonuyla yaptığı yolculuk, kozmik ışınlar üzerine yapılan bilimsel çalışmaların başlangıç noktası oldu.
Kozmik Işınlar Nereden Geliyor?
Kozmik ışınların kökenine dair bazı temel sorular hâlâ yanıtsız olsa da, bu alanda önemli ilerlemeler kaydedildi.Öncelikle, kozmik ışınların yüklü parçacıklardan oluştuğunu biliyoruz. Bu parçacıkların yaklaşık %89’u proton, %9’u helyum çekirdeği ve %1’i elektronlardan oluşur. Geriye kalan küçük bir kısmı ise demire kadar uzanan daha ağır elementleri içerir.
Kozmik ışınların Dünya’ya ulaştığında taşıdığı enerji aralığı da oldukça geniştir: milyonlarca elektronvolttan (eV) başlayıp, 10²¹ eV’un üzerine kadar çıkar. Bu kadar geniş bir enerji aralığına sahip parçacıkların tek bir kaynaktan gelmesi pek olası görünmüyor. Bu nedenle, kozmik ışınların kökenini açıklamak için birden fazla mekanizmaya ihtiyaç olduğu açık.
Düşük enerjili kozmik ışınların önemli bir kısmı Güneş’ten gelir. Orta enerjili ışınların büyük bölümü ise galaksimizdeki kaynaklardan, özellikle ömrünü tamamlamış yıldızların patlamaları (süpernovalar), bu patlamaların kalıntıları ve geride bıraktıkları madde tarafından üretilir.
Ancak çok yüksek enerjili kozmik ışınların tam olarak nerede ve nasıl hızlandırıldığı hâlâ net değildir. Çünkü kozmik ışınlar yüklü parçacıklardır ve bu da, manyetik alanlarla karşılaştıklarında yönlerinin değiştiği anlamına gelir. İşte tam bu noktada Terzan 5 devreye giriyor.
Bu yıldız kümesi, bol miktarda kozmik ışın üreten nadir bölgelerden biridir. Nedeni ise, içinde çok sayıda milisaniyelik pulsar barındırmasıdır. Bu kozmik ışınların çoğu, yıldızlar arası uzaydaki dalgalı manyetik alanlar nedeniyle Dünya’ya ulaşamaz. Ancak varlıklarını dolaylı yoldan tespit edebiliriz.
Bu parçacıkların bir kısmı, yıldız ışığı fotonlarıyla çarpıştığında yüksek enerjili ve yüksüz parçacıklar olan gama ışınlarına dönüşür. İşte bu gama ışınları, kozmik ışınların izini sürebilmemizi sağlar.
Gama Işınları İle Kozmik Işınların İlişkisi Nedir?
Gama ışınları, onları oluşturan kozmik ışınlarla aynı yönde yol alır. Ancak kozmik ışınlardan farklı olarak, gama ışınları manyetik alanlardan etkilenmez. Bu sayede doğrusal bir şekilde ilerleyebilir ve Dünya’ya ulaşabilir. Bu özellik sayesinde, güçlü kozmik ışın kaynaklarının bulunduğu bölgelerden gelen gama ışınlarını tespit edebiliyoruz.
Fakat Terzan 5’te işler farklıdır. Gama ışınları, yıldız kümesinden değil, yaklaşık 30 ışık yılı uzaktaki görünürde boş bir bölgeden geliyormuş gibi görünür. 2011’den beri açıklanamayan bu konumsal kaymanın nedeni artık netleşti. Terzan 5, geniş bir yörüngede hareket ediyor ve şu anda galaksinin içinden yüksek hızla geçiyor. Bu hareket, etrafında kuyruklu yıldız benzeri bir manyetik kuyruk oluşmasına neden oluyor.
Terzan 5’ten çıkan kozmik ışınlar, önce yıldız kümesinin arkasındaki manyetik kuyruk boyunca ilerler. Bu sırada gama ışınları üretirler ancak kuyruk bize dönük olmadığından bu ışınlar gözlemlenemez.
Manyetik dalgalanmalar zamanla bu parçacıkların yönünü değiştirir. Yaklaşık 30 yıl sonra bazıları bize doğru döner ve gama ışınları görünür hâle gelir. Bu nedenle ışınlar, yıldız kümesinden değil, 30 ışık yılı uzaktaki manyetik kuyruğun ucundan geliyormuş gibi görünür.
Kozmik Işınlar İle Bilgisayarlarımızın Bağlantısı Nedir?
Kozmik ışınlar her şeye çarpar: bize, hayvanlara ve zaman zaman da bilgisayar, tablet veya telefonlardaki transistörlere. Bu parçacıklar bellekteki veriyi bozarak “bit çevirme” adı verilen hatalara yol açabilir. Bu durum küçük yazılım aksaklıklarına, nadiren de sistem çökmesine neden olur. Soft error olarak bilinen bu hatalar donanıma kalıcı zarar vermez, ancak genellikle bir yeniden başlatma gerektirir.
Fizikçi James F. Ziegler, 1979’da IBM’de çalışırken kozmik ışınların bilgisayarlarda neden olduğu “soft error” (geçici veri hatası) sorununu fark eden ilk kişilerden biri oldu. Ekip, her 256 MB DRAM için ayda ortalama bir hata meydana geldiğini hesapladı. Günümüzde bilgisayarlar genellikle bu miktarın 30 katı belleğe sahip.
Kozmik ışınların etkisi, rakıma ve yerel manyetik alanlara bağlıdır. Yüksek yerlerde ya da uçaklarda bu hatalar onlarca kat artar. NASA bu sorunla yıllardır mücadele ediyor ve uzay görevlerinde yedekli sistemler ve radyasyona dayanıklı çipler kullanıyor.
Mikroçipler küçüldükçe ve daha sıkışık hâle geldikçe kozmik ışınlara karşı daha savunmasız hâle geliyorlar. Uçak sistemleri gibi kritik alanlarda bu durum ciddi risk oluşturabiliyor. Üreticiler gelecekte NASA’nın yaklaşımını örnek alarak sistemlerine yedekli yapı eklemek zorunda kalabilir. Geri kalanımız için en basit çözüm hâlâ geçerli: Yaptığınız işi sık sık kaydedin.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Did your computer crash? It might have been a cosmic ray. Yayınlanma tarihi: 30 Ağustos 2022; Kaynak site: Big Think. Bağlantı: Did your computer crash? It might have been a cosmic ray/
- Krumholz, Mark & Crocker, Roland & Bahramian, Arash & Bordas, Pol. (2024). Teraelectronvolt gamma-ray emission near globular cluster Terzan 5 as a probe of cosmic ray transport. Nature Astronomy. 8. 1284-1293. 10.1038/s41550-024-02337-1.
- Sokolsky, Pierre. (2013). Ultra-high energy cosmic rays: Setting the stage. EPJ Web of Conferences. 53. 01001-. 10.1051/epjconf/20135301001.
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
