Untitled Document
 
www.yaklasansaat.com




 

Evren/ Yıldızlar ve Yaşamları/ Gama Işını ya da Işınımı/ Gama Işını Patlamaları(GIP)

GAMA IŞINI PATLAMALARI(GIP)

Gama ışını patlamaları(GIP), önceden öngörülemeyen zamanlarda ve uzay konumlarında oldukça kısa süreler (0,1-100 s) içinde meydana gelen, çoğunlukla yüksek enerjili (≥100KeV) fotonların atımlarıyla oluşan patlama olaylarıdır. Bu olaylara, yaydıkları enerjinin elektromanyetik spektrumun içinde gama ışınları bölgesine düşen yeri nedeniyle GIP adı verilmektedir. Bir gama ışını patlamasında, saniye mertebesi gibi kısa zaman aralığında açığa çıkan enerji miktarı, Güneş benzeri 1 milyar yıldızın 10.000 yılda yayacağı toplam ışıma miktarına eşit büyüklüktedir. Gama ışını patlamaları, çok kısa süre içerisinde yaydıkları muazzam enerji (1050 -1054erg) bakımından bilim dünyasında, Büyük Patlama'dan sonra gözlenen en büyük ve en parlak patlamalar olarak kabul edilmektedir. GIP'lerin inanılmaz derecede parlak olmalarının bir sebebi de, muazzam bir güçle uzayın küçük bir kısmına odaklanmalarıdır.

Bir gama ışını patlaması, iki safhadan meydana gelmektedir:
Birinci safha, kısa süren ve çok yüksek enerjili (1052erg) gama ışınlarının yayımlandığı patlamanın kendisi (anlık-γ ışıması).
İkincisi ise, bu safhayı takip eden, x-ışını, optik ve radyo ışınımların gerçekleştiği ardıl ışınım (afterglow) safhasıdır.

Ortalama olarak günde 1-2 tane gözlenebilen ve çok farklı gözlemsel özelliklere sahip olmalarına rağmen; bu patlamalar zamansal yapıları bakımından "Uzun süreli GIP" ve "Kısa süreli GIP" olmak üzere iki sınıfta toplanır. Genel olarak uzun süreli patlamalar, 2sn'den daha uzun süreli gama ışını yayanlar, kısa süreli patlamalar ise 2 sn'den daha kısa sürede gama ışını yayanlar olarak gruplandırılır. Bu güne kadar gözlenen patlama sayısının, yaklaşık %75'inin uzun süreli ve %25'inin kısa süreli olduğu görülmüştür.

BATSE uydusunun kaydettiği tüm gökyüzü GIP'ları
Swift uydusunun tespit ettiği 500 GIP(2004-2010)
Fermi uydusunun bir yıl boyunca tespit ettiği GIP’ler( parlak olanlar en güçlüleri-2009)

GAMA IŞINI PATLAMALARININ KEŞFİ

GIP'ların bulunuşu, bütünüyle astronomi dışı gelişmelerle olmuştur. 1963 yılında "atmosferdeki nükleer denemelerin yasaklanması" hakkındaki ABD-SSCB antlaşmasına uyulup uyulmadığını denetlemek için ABD Savunma Bakanlığı'nca Dünya çevresinde yörüngeye Vela adlı bir dizi uydu yerleştirildi. Bu uydular, yer ötesi GIP sinyallerini ilk olarak 2 Temmuz 1967'de almaya başladı. 1972 yılında fırlatılan SAS-2 uydusu ise gama ışını patlamaları çalışmalarına büyük katkı sağladı. O zamanlar için çok gizemli bu fiziksel olayın bilim dünyasına duyurulması ise 1973 yılında olmuştur.

CGRO isimli uydu teleskopu üzerindeki BATSE gama ışını detektörlerinin 1991'de faaliyete başlamasıyla birlikte gözlenen gama ışını patlaması sayısında artış sağlanmıştır. Bu sayede evrendeki GIP dağılım haritası çıkarılmıştır. Bu gelişmeler, gizemli patlamaların evrenin uzak bölgelerinden, yani kendi galaksimiz Samanyolu'na milyarlarca ışık yılı mesafelerden kaynaklandığı yönünde önemli ipuçları sunuyordu. Ancak yalnızca gama ışını verilerini kullanarak bunu kanıtlamak mümkün değildi.

Özellikle, 1997 yılında İtalya-Hollanda yapımı Beppo-SAX uydusunun fırlatılmasından sonra ardıl ışınım bölgesinde başarılı gözlemler yapıldı. Bu önemli gelişmeyle beraber dünya çapında birçok araştırmacının ortak çalışmaları sonucunda gama ışını patlamalarının doğası ve kökeni hakkında somut deliller sağlanmıştır. Böylece çok tartışılan gama ışını patlamaları "galaktik mi? kozmolojik mi?" sorusu yanıtlanarak gama ışını patlamalarının kozmolojik mesafelerde oluştuğu, ortaya çıkan değişik dalga boylarındaki ışımalarının bize ulaşmasının ise milyarlarca yıl aldığı tespit edilmiştir. Bu kadar uzak mesafelerden varlığını gösterebilen ışımaların kaynağı çok yüksek enerjilere sahip olmalıdır. Bu nedenle patlamalar için gereken enerji, evrenin başlangıcındaki büyük patlama için gerektiği varsayılan enerjiden sonra ikinci sıradadır.

Yıllarca yapılan gözlemlerde, uzun süreli GIP'lar tespit edilebiliyordu, ancak kısa süreli GIP'lar çok daha hızlı gerçekleşmesi sebebiyle yerlerinin tespitinde zorluklar yaşanmaktaydı. Bunun üzerine 2004 yılında NASA'nın gönderdiği Swift adlı uydu ile önemli gözlemler yapıldı.

Gama ışını patlamalarının ardıl ışımaları çalışmalarında önemli bir gelişme de ROTSE(GIP'lerin optik bileşenlerini ayrıştırmaya yönelik olan robotik teleskoplar) serisinin devreye girmesiyle başlamıştır. ROTSE-III, iki tanesi Kuzey Yarımküre'de (Türkiye ve ABD) ve iki tanesi de Güney Yarımküre'de (Namibya ve Avustralya) olmak üzere 4 teleskoptan oluşmaktadır. 

GIP'ların keşfedilmelerinden bu yana yaklaşık 40 yıl geçmiş, buna rağmen orijinleri tam olarak anlaşılamamıştır. Uydular yardımı ile gerek gözlemsel gerekse kuramsal çalışmalar halen bütün canlılığı ile sürmektedir. Gözlemsel çalışmaların en büyük sorunlarından biri, patlamaların yerini kesin olarak belirlemektir. Ancak belli bir açı aralığında tespit edilen GIP için, bölgede çok sayıda optik ışık kaynağı bulunduğundan, geçici bir ışık kaynağının saptanması zorlaşmaktadır. Dünya'nın atmosferi gama ışınlarını soğurduğundan dolayı, deneysel ölçümler uydular aracılığı ile yapılabilmektedir.

Gama ışımasını ve diğer dalga boylarındaki bileşen ışımaları yayınlayan, ateş toplarını ve şokları yaratan, bunları uzaya fırlatan, merkezdeki üreteç makinanın doğasını anlama ve modelleme, GIP olayının anlaşılması en zor konusu olarak kabul edilmektedir. Bunun en önemli nedeni, GIP'ların gözlenen pek çok özelliğinin merkezdeki üretecin çok daha uzağındaki bölgelerden gelen ışımalardan çıkarılmak zorunda olunmasıdır. Bu nedenle büyük bir belirsizlik söz konusudur ve literatürde 100'den fazla üreteç modeli görmek şaşırtıcı değildir. Burada en popüler olan bazı olası modellerden bahsedilmektedir.

Gama ışın patlamalarını anlamak amacıyla yürütülen kuramsal çalışmaları iki grupta toplamak mümkündür. Birinci grupta, patlamaların atalarını ve merkezi mekanizmalarını anlamaya yönelik çalışmalar yer alır. Bu grupta önerilen modeller şu şekilde sıralanabilir.

1) UZUN SÜRELİ GIP ATA MODELLERİ

Çökerti(Collapsar)/ Hipernova Modeli

Yeni oluşmuş bir yıldız, en basit füzyon reaksiyonu olan hidrojen çekirdeğini helyum çekirdeğine dönüştürme işlemini gerçekleştirir. Ömrünün sonuna yaklaşan yıldız, artık içerisindeki tüm hidrojeni, helyuma çevirmiş ve bu değerli yakıtını tüketmiştir. Sırasıyla helyum, berilyum gibi elementleri de yakıt olarak kullanmıştır. Bu yanma süreci, çekirdeğin kütlesini arttırır. Bu artma ile yıldız çekirdeği, kendi ağırlığını ve üzerindeki katmanların basıncını taşıyamaz hale gelir. Bu noktada kütle çekim baskınlaşır ve felaket boyutunda bir içe çökme gerçekleşir.

Bu modele göre, Güneş'ten çok daha büyük kütlede dev bir yıldız ya da yıldız kümesinin çökmesi sonucunda, uzay-zamanda ışık dahil hiçbir şeyin dışarı kaçamayacağı karadelik oluşur. Aynı anda, yıldızın kütlesinden bir bölüm de karadelik çevresinde dönen bir kütle aktarım diski oluşturur. Yıldızın dıştaki katmanları ise henüz merkezde olanlardan habersizdir. Karadelik çevresindeki diskin iç kesimleri, diskin dışından daha hızlı döndüğünden dolayı güçlü elektrik ve manyetik alanlar oluşur. Bu alanlar, yıldızın dönüş ekseni boyunca fışkıran madde jetleri oluşmasına neden olur. Jetler, yıldızın dış katmanları içinden on saniyede geçerek yıldızın kutuplarından birbirine ters yönde fışkırır. Sonunda jetler ve parçacık rüzgârları, yıldızın bir süpernova patlamasıyla dağılmasına neden olurlar.

Yaklaşık bir saat sonra, orijinal yıldızın bulunduğu yerden çok uzaklarda, jetlerin ışık hızına yakın değişik hızlarda yol alan parçaları arasında çarpışmalar meydana gelmeye başlar. İşte gama ışın patlamalarını oluşturan ve ışınımı bizim doğrultumuza fırlatanlar bu çarpışmalardır.

Supranova Modeli

Supranova modeli de çökerti modeli gibi bir Süpernova patlaması ile ilişkilendirilmektedir. Fakat bu modelde kütlesi, Güneş kütlesinin 1,5 – 3 katı arasındaki yıldızlar doğrudan karadeliğe dönüşmeyip, iki basamaklı bir patlama gerçekleşir. Birinci basamakta meydana gelen süpernova patlaması, proton ve elektronların yüksek çekim kuvvetinin etkisi ile birleşerek nötronlar oluşmasına ve geriye sadece nötronlardan oluşan yaklaşık olarak 2MG(2 güneş kütlesi) kütleye sahip süper kütleli bir nötron yıldızı kalmasına neden olur. Bu patlama sonucu nötron yıldızının çevresinde 0,1 MG kütlesine sahip bir yığılma (kütle aktarım) diskinin oluşması beklenir.

İkinci basamakta ise birkaç hafta veya birkaç ay içerisinde bu nötron yıldızı, pulsar rüzgarları yolu ile açısal momentum kaybederek dönen bir karadeliğe dönüşür ve böylece GIP meydana gelir. Eğer bu süper kütleli nötron yıldızı son derece hızlı dönüyorsa, merkezcil kuvvetten dolayı çökmekten kurtulabilir (bu durumu birkaç ay koruyabilir). Daha sonra nötron yıldızı kademeli olarak yavaşlayarak karadeliğe dönüşür ve gama ışını patlamasını oluşturur.

2) KISA SÜRELİ GIP ATA MODELLERİ

NS-NS çiftinin birleşmesi

Kısa süreli gama ışın patlamaları, iki yoğun çift nesnenin birleşmesi ile ilişkilendirilmektedir.
- Nötron yıldızı  – Karadelik çift sistemi
- Nötron yıldızı – Nötron yıldızı çift sistemi
- Karadelik – Karadelik çift sistemi ve benzeri yoğun çift sistemler.

Birbirine çekimsel olarak bağlı iki yıldızın oluşturduğu bir çift yıldız sisteminde, birleşen yıldızlardan birinin kütlesi Güneş'e göre çok büyük ise bu birleşen yıldız öldüğünde arkasında ya nötron yıldızı ya da bir karadelik bırakır. Bu aşamadan sonra çift sistemdeki bu iki cisim zamanla birbirlerine yaklaşma yönünde sarmal hareketler çizerek birleşip tek bir cisim (bir karadelik) oluşturabilirler. Böyle bir karadeliğin oluşması inanılmaz enerji açığa çıkarır ve Dünya'dan bu enerji gama ışını patlaması olarak gözlenir.

İki nötron yıldızının çarpışması sonucu GIP

Özellikle Nötron yıldızı-Nötron yıldızı ve Nötron yıldızı-Karadelik gibi çift sistemlerin kuramsal olarak, hem birleşme olasılıkları hem de açığa çıkaracakları enerjiler bakımından kısa süreli GIP ile büyük bir uyum göstermektedirler. Her iki sınıf için önerilen modeller, patlama artığı olarak böyle bir sistem içermelerine rağmen, bu sistemin oluşum basamakları farklılık gösterir.

Magnetarlar

Kısa süreli gama ışını patlamalarını açıklamaya yönelik bir başka model ise bir çeşit nötron yıldızı olan magnetarlardır. Fakat magnetarlar, normal bir nötron yıldızının etrafındaki manyetik alanın 1000 katına sahip manyetik alanlarıyla evrendeki en güçlü mıknatısları oluştururlar.

Her nötron yıldızında olduğu gibi, süpernova patlaması sonucunda yıldızın içe doğru çökmesiyle oluşurlar. Ne var ki magnetarı oluşturan yıldızların, patlamadan hemen önce hızının çok yüksek olması, patlamadan sonra nötron yıldızının dinamo etkisi göstererek yaklaşık 1.000.000 tesla gücünde bir manyetik alan oluşturmasına sebep olur. Böyle bir güç, buzdolabı magnetlerinin oluşturduğu manyetik alandan 100 trilyon kat daha büyüktür. Dünya'nın manyetik alanı 50 mikrotesla ve insan tarafından oluşturulan en büyük manyetik alan 34.000 tesla civarındadır. Dünya'dan on binlerce ışık yılı uzaklıkta olduğu tespit edilen yaklaşık 100 milyar tesla kuvvetinde manyetik alana sahip bir magnetar, eğer Dünya'ya Ay kadar yakın olsaydı tüm moleküllerimizde sapmalara neden olabilirdi.

Magnetarların, nötron yıldızlarından bir farkı da, etraflarındaki devasa manyetik alanların şiddetli sarsıntılara neden olup yıldızın yüzeyini kıvırıp bükmesi. Bu tür sarsıntılar sırasında dışarı savrulan ve manyetik alanda yakalanan plazma da yumuşak gama ışınlarını yansıtır. Kıvrılan yüzeylerde elektron bulutları yoğunlaşarak yıldızın yüzeyinde bir akıma sebep olur. Oluşan bu akım, yıldızın yüzeyinden gelen ışınımla etkileşime girerek X-ışınlarının oluşmasına neden olur. Keşfedilen magnetarların bir kısmı, yumuşak gama ışını tekrarlayıcıları(SGR-Soft Gamma Ray Repeaters) olarak bilinirler ve düzensiz bir şekilde çok kısa süren (0,1 sn) zayıf gama ışını ve güçlü X-ışını patlamaları oluştururlar. Bunların dışında keşfedilenler ise, sıra dışı X-ışını pulsarları(AXP-Anomalous X-Ray Pulsar) olarak biliniyor. İlk başlarda bu iki türün birbirinden farklı oluğu düşünülüyordu, fakat mevcut veriler birçok ortak özellikleri olduğunu gösteriyor.

IŞIMA MEKANİZMASI MODELLERİ

İkinci grup kuramsal çalışmalarda ise, merkezi mekanizmadan bağımsız olan ve muazzam büyüklükteki enerjinin gözlenen yüksek enerjili gama ışınlarını ve ardıl ışımayı oluşturma mekanizmasını açıklamaya ve hangi fiziksel özellikleri göstereceğini tahmin etmeye yönelik modeller geliştirilmiştir. Bu alanda iki tane popüler model bulunmaktadır.

1) Ateş Topu(Fireball) Şok Modeli

Bunlardan gözlemsel bulgularla en uyumlu olanı ateş topu şok modelidir. Karakteristik ışık eğrileri, gama ışınlarının uzayda üretildiği alanın çapının 100 m'den daha küçük olduğunu göstermektedir. Bu denli yoğun bir enerjinin, kaynağından ve açığa çıkmasını tetikleyen mekanizmadan bağımsız olarak yüksek enerjili elektron, pozitron ve fotonlardan oluşan bir ateş topu olması beklenir. Ateş topu şok modeli, elektron, pozitron ve gama ışınlarından oluşan enerji yumağının kendi dışındaki maddeyi iterek büyümesi fikrine dayanıyor. Bu rölativistik genişleme sürecinde meydana gelen şokların, gözlenen ışımanın kaynağı olduğu düşünülüyor. Ateş topu rölativistik hızlarla genişlerken, iki türlü şok oluşumu bekleniyor. Birincisi genişleme sırasında, dış ortamda süpürülen maddenin enerjisi ilk patlama enerjisine yaklaştığında oluşan dış şok. Diğeriyse ateş topu içinde farklı hızlara sahip katmanların çarpışmalarıyla meydana gelen iç şoklar.

2) Gülle(Cannonball) Modeli  

Gülle modeli, ateş topu modeline alternatif bir model olarak önerilmiştir. Son zamanlarda yapılan gözlemler, uzun süreli GIP anlık gama ışımalarını ve onların ardıl ışımalarının, süpernova patlamalarından yayılan ultra-rölativistik jetlerle üretildiğini savunan düşünceleri destekler yönde kanıtlar sunmuştur. Ateş topu jet modellerinde, patlamada oluşan jetin sürekli bir akıştan oluştuğu kabul edilir. Gülle modelinde ise, uzun süreli GIP ve onların ardıl ışımalarının sıradan içe çöküş süpernova patlamalarında enjekte edilen tek tek güllelerden(plazma damlacıkları, plazmoid) oluşan iki kutuplu jetlerde üretildiği kabul edilmektedir.

Hatice Öztürk
yaklasansaat.com

25/03/2015

Kaynaklar:
1) Ganim Geçim, "Gama Işını Patlamaları Kaynakları Üzerindeki Farklı Çalışmaların İncelenmesi", Yüksek Lisans Tezi, Mustafa Kemal Üniversitesi, Eylül 2006
2) Serkan Akkoyun, "Uzayda Gama Işını Ölçümleri-Bir Geant Simülasyonu", Yüksek Lisans Tezi, Ankara Üniversitesi, 2006
3) Bilim ve Teknik, Ocak 2005
4) "Büyük Felaketler" Belgesel-History Channel
5) Wikipedia.org
6)
astronomi.istanbul.edu.tr
7)
uzayveastronomi.com
8) bilimatlası.com

 

Untitled Document
ys@yaklasansaat.com

ana sayfa| evren| gezegenler| dünyamiz| dinler| eski kavimler| cin-şeytanlar| haberler| yorum-analiz| seslendirmeler| videolar| site haritası| iletişim| forum| ys kitapları

Bu sitedeki yazı, resim ve dökümanlar, kaynak gösterilmeden yayınlanamaz.