Gama ışınları: Bu güçlü enerji paketleri hakkında bilmeniz gereken her şey
Gama ışınları yalnızca yoğun metallerden yapılmış sensörler tarafından algılanabilir ve engellenmesi için altı fitten (1,8 metre) fazla beton gerekir.
Gama ışınları, evrendeki en şiddetli olaylardan bazıları tarafından üretilen yüksek enerjili fotonlardır.
Işık fotonları, esasen enerji paketleri olan kütlesiz parçacıklardır. Dalga-parçacık ikiliği olarak bilinen kuantum-mekaniksel bir olgu nedeniyle, parçacıklar dalgalar gibi davranabilir ve fotonlar da farklı değildir. Fotonların dalga boyları vardır ve dalga boylarının genliği elektromanyetik spektrumda nerede bulunduklarını belirler. Radyo ve mikrodalga fotonları spektrumun daha düşük enerjili, daha uzun dalga boylu ucunda yer alırken, daha kısa dalga boylu, daha yüksek enerjili rejimde ultraviyole, X-ışınları ve hepsinin en kısa dalga boylarına sahip en enerjik fotonları bulunur: gama ışınları.
Gama ışınları 10^11 metreden daha kısa dalga boylarına ve 30 x 10^18 hertz’in üzerinde frekanslara sahiptir. Avrupa Uzay Ajansı, gama ışını fotonlarının 100.000 elektronvolt (yeni sekmede açılır) (eV) üzerinde enerjiye sahip olduğunu açıklamaktadır. Bunu NASA’nın 100 eV ile 100.000 eV (yeni sekmede açılır) arasında enerjiye sahip olarak tanımladığı X-ışınları ve yaklaşık 1 eV olan gözlerimizle görebildiğimiz optik fotonlarla karşılaştırabiliriz.
Dünya‘da gama ışınları radyoaktif bozunma, nükleer silahlar ve yıldırımlar tarafından üretilirken, uzayda güneş patlamaları, kuasarlar, yıldızları parçalayan kara delikler, kara delik yığılma diskleri, patlayan yıldızlar ve nötron yıldızlarının güçlü yerçekimi ortamları gibi şiddetli, yüksek enerjili kaynaklar tarafından üretilir.
GAMA IŞINLARI NASIL KEŞFEDILDI?
Yirminci yüzyılın başında, bozunan atomlar tarafından yayılan iki tür radyasyon biliniyordu: alfa parçacıkları (helyum çekirdekleri) ve beta parçacıkları (elektronlar ve pozitronlar).
Ancak Fransız kimyager Paul Villard, iki yıl önce Marie ve Pierre Curie tarafından keşfedilen radyoaktif radyum elementiyle deneyler yapmaya başladığında, radyumun bozunmasıyla ortaya çıkan iyonlaştırıcı radyasyonun alfa ya da beta parçacıklarından daha sert bir etkiye sahip olduğunu fark etti.
Bu radyasyon gama ışınları adını aldı, çünkü gama Yunan alfabesinde alfa ve betadan sonra gelen üçüncü harfti. 1900’lerin başında Villard ve arkadaşlarının bilmediği, gama ışınları ile alfa/beta parçacıkları arasındaki temel fark, gama ışınlarının bir ışık formu olması, alfa ve beta parçacıklarının ise maddeden oluşmasıdır.
GAMA IŞINLARI NASIL DURDURULUR
Gama ışınlarını engellemek için yoğun bir malzeme gerekir ve bu malzemenin kalınlığı maddeye bağlıdır. Radyasyondan korunma çözümü web sitesi StemRad’e göre, gelen gama ışınlarının gücünü bir milyar azaltmak için 13,8 feet (4,2 metre) su, 6,6 feet (2 m) beton veya 1,3 feet (0,39 m) kurşun gerekir.
Bu durum NASA’nın Fermi Uzay Teleskobu gibi gama ışını teleskopları için bir sorun teşkil etmektedir. Hubble Uzay Teleskobu gibi sıradan teleskoplar ışığı toplamak ve odaklamak için aynalar ve mercekler kullanır, ancak gama ışınları sıradan bir teleskoptan doğrudan geçecektir. Bunun yerine, gama ışını teleskopları başka araçlar kullanmak zorundadır.
NASA’ya göre, Fermi Uzay Teleskobu’nda bir gama ışını fotonu, yanlış sinyal verebilecek kozmik ışınları engelleyen Anti-coincidence Detector adı verilen bir cihazdan geçecektir. Gama ışını daha sonra, gama ışınlarını durduracak kadar yoğun bir malzeme olan 16 tungsten tabakasından biri tarafından emilir.
Tungsten ile etkileşime giren gama ışını bir elektron ve bir pozitrona (bir elektronun antimadde ya da antiparçacık karşılığı) dönüşür ve bu elektron ve pozitronun yörüngesine bağlı olarak gama ışınının uzayda geldiği yönü belirleyebilen tungsten folyo ile iç içe geçmiş silikon şeritlerden oluşan bir modül olan bir izleyici tarafından yolları okunur.
Son olarak, elektron ve ardından pozitronun enerjileri sezyum iyodürden yapılmış bir kalorimetre – bir parçacığın enerjisini emerek ölçen bir cihaz – tarafından ölçülür ve böylece gama ışınının enerjisi belirlenebilir.
GAMA IŞINLARI TEHLIKELI MIDIR?
Yüksek enerjileri nedeniyle gama ışınları iyonlaştırıcıdır, yani elektronları atomlardan uzaklaştırabilir, sonuçta canlı hücrelere zarar verebilir ve sağlığa zararlı olabilirler. Bununla birlikte, tüm radyasyonlarda olduğu gibi, aldığınız doza bağlıdır.
Maruziyeti sınırlandırmak için çok dikkatli bir şekilde hedeflenen küçük dozlarda, tıbbi teşhis aracı olarak ve hatta kanserli hücreleri öldürmek için güvenle kullanılabilirler (gama ışınları dahil radyasyona maruz kalmanın kansere neden olabileceğinden ironiktir). Özellikle doktorlar tarafından kullanılan bir araç, bir gama ışını demetinin hastalıklı beyin hücrelerini kestiği ve hatta dış loblara zarar vermeden beynin derinliklerine nüfuz edebildiği ultra hassas bir ameliyat şekli olan ‘Gamma Knife’tır.
GAMA IŞINI ASTRONOMISI
İyonize edici güçleri göz önüne alındığında, Dünya atmosferinin uzaydan gelen gama ışınlarını engelleyebilmesi büyük bir şans. Ancak astronomlar için bu bir talihsizliktir, çünkü gama ışını astronomisi yapmak için gözlemevlerinin ya atmosferin daha ince olduğu dağ tepelerine inşa edilmesi ya da uzaya gönderilmesi gerektiği anlamına gelir.
İlk gama ışını uzay teleskobu 1961 yılında NASA Explorer 11 uydusuyla fırlatıldı, ancak 1960’ların sonu ve 1970’lerin başına kadar büyük bir bulguyla işler gerçekten başlamadı ve bu keşfi yapan bir astronomik teleskop bile değildi.
Yıllar boyunca hem yerde hem de uzayda kozmik gama ışını radyasyonlarını gözlemlemek için tasarlanmış birçok gözlemevi olmuştur. 1990 yılında NASA, Hubble Uzay Teleskobu’nun gama ışını karşılığı olarak Compton Gama Işını Gözlemevi’ni fırlattı. Compton Gama Işını Gözlemevi 1991’den 2000 yılına kadar evreni araştırdı. Yukarıda bahsedilen BeppoSAX, 1996-2003 yılları arasında faaliyet gösteren ortak bir İtalyan-Hollanda göreviydi, NASA ise 2000-2008 yılları arasında birçok GRB’yi takip eden HETE-2’yi (Yüksek Enerjili Geçici Kaşif; HETE-1 daha önce yörüngede başarısız olmuştu) fırlattı.
Şu anda, 2022’nin sonu itibariyle, çeşitli uydular, gözlemevleri ve teleskoplar hem Dünya’da hem de uzayda gama ışını astronomisi yapmaya devam ediyor. NASA’nın 2004 yılında fırlatılan Swift uydusu, İtalya’nın 2007 yılında fırlatılan AGILE uydusu gibi hem X-ışını hem de gama ışını gözlemlerini birleştirmektedir. Avrupa Uzay Ajansı 2002 yılında Uluslararası Gama Işını Astrofizik Laboratuvarı INTEGRAL’i fırlattı. Şu andaki en gelişmiş gama ışını uzay teleskobu NASA’nın 2008 yılında fırlattığı Fermi’dir.
Yerde ise Arizona’daki Fred Lawrence Whipple Gözlemevi’ndeki VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) ve Namibya’daki HESS (High Energy Stereoscopic System) gibi çeşitli gama ışını gözlemevleri bulunmaktadır.
GAMA IŞINI PATLAMALARI
1963 yılında Sovyetler Birliği, Birleşik Krallık ve Amerika Birleşik Devletleri, dünyanın süper güçlerinin atmosferde veya uzayda herhangi bir nükleer aygıtı test etmesini yasaklayan bir nükleer test yasağı anlaşması imzaladı. Ancak ABD, Sovyetler Birliği’nin anlaşmaya uymayacağından şüphelendi ve gizli nükleer patlamalardan kaynaklanabilecek gama ışını radyasyon atımlarını izlemek için Vela serisi uyduları fırlattı. Gerçekten de gama ışınları tespit edildi, ama uzaydan: Dünya’nın dört bir yanından geliyor gibi görünen güçlü gama ışını enerjisinin rastgele patlamaları. Peki bu gama ışını patlamaları ne kadar uzaktaydı?
İlgili: Şimdiye kadar görülen en güçlü gama ışını patlaması kara deliklerin nasıl doğduğunu ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir
Kısaca GRB olarak adlandırılan bu gama ışını patlamaları galaksimizden geliyor olsaydı, gökbilimciler bunları çoğunlukla Samanyolu düzleminde tespit ederlerdi. Bunun yerine, gökyüzünün her tarafına yayılmışlardı, bu sadece iki şeyden biri anlamına gelebilir. Ya çok yakındaydılar, güneş sistemimizin içindeydiler ya da çok uzaktaydılar, galaksimizin ötesindeydiler. Hatta 1995 yılında, 1920 yılında Harlow Shapley ve Heber D. Curtis arasında küresel kümelerin dağılımına dayanarak galaksimizin büyüklüğünü tartışan benzer bir ‘Büyük Tartışma’nın yankısı olarak özel bir tartışma bile düzenlendi.
Martin Rees’in başkanlık ettiği 1995 yılındaki tartışmada Princeton Üniversitesi’nden astronom Bohdan Paczynski GRB’lerin çok uzaklardan geldiğini savunurken, Chicago Üniversitesi’nden Donald Lamb GRB’lerin yakınlardan gelmesi gerektiğini, çünkü milyarlarca ışık yılı uzakta olmaları için gereken enerjinin fizik kurallarına aykırı olacağını ileri sürdü.
Sadece iki yıl sonra BeppoSAX uydusu Kanarya Adaları’ndaki William Herschel Teleskobu’nun hızlı bir şekilde takip edebildiği bir gama ışını patlaması tespit ettiğinde astronomlar cevaplarını aldılar ve bu süreçte GRB’yi yaratan patlamanın soluk artçı ışımasını tespit ettiler. Artçı ışığın kırmızıya kayması ölçüldüğünde, ışığın altı milyar ışık yılı uzaklıktan geldiği ortaya çıktı. Bohdan Paczynski haklıydı!
İki ana GRB türü vardır. Bunlardan biri kısa GRB’ler olarak adlandırılır ve saniyenin çok küçük bir kısmı kadar sürer, diğeri ise uzun GRB’ler olarak bilinir ve saniyeden bir saate kadar sürebilir. Kısa GRB’ler iki nötron yıldızının birleşmesi sırasında yayılırken, uzun GRB’ler nadir, büyük kütleli yıldızların ölüm çığlıklarıdır.
Santa Cruz’daki California Üniversitesi’nden fizikçiler Andrew MacFadyen ve Stan Woosley, yıldızların fizik kurallarını çiğnemeden nasıl patlayıp uzun GRB’ler üretebileceğini açıklayan bir model geliştirdi. Güneş’in 50-100 katı kütleye sahip büyük bir yıldız ömrünün sonuna ulaştığında, yıldız çekirdeği üzerine çökmeye başlar ve yıldız yeterince hızlı dönüyorsa, çöken katmanlardaki enerji çekirdekten geri teper ve neredeyse ışık hızında hareket eden ve yıldızı parçalayan iki jetle dışarı fırlar. Bu jetlerdeki yüklü parçacıklar güçlü manyetik alanlar etrafında dönerek senkrotron radyasyonu denilen ve gözlemlediğimiz gama ışınları şeklinde bir şey üretirler. Gama ışınları tüm yönlere aynı anda değil de sadece jetler yönünde salındığından, salınan toplam enerji fizik kurallarına aykırı değildir.
Kaynak: https://www.space.com/gamma-rays-explained
Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı space.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.
Astrafizik sitesinden daha fazla şey keşfedin
Subscribe to get the latest posts sent to your email.