Gama ışını patlaması

Gama ışını patlamaları (GIP), önceden öngörülemeyen zamanlarda ve uzay konumlarında, oldukça kısa süreler içinde (10 milisaniye ile birkaç saat arasında) meydana gelen, çoğunlukla yüksek enerjili (≥100KeV) fotonların atımlarıyla oluşan patlama olaylarıdır.

Gama ışını patlamalarının kaynağı olarak iki ayrı görüş vardır, dev bir yıldızın çökmesi hipernova ya da bileşenleri nötron yıldızı olan çift yıldız sistemindeki nötron yıldızlarının birbiriyle birleşmesi. Bu patlamalar, enerji içeriği itibarıyla (1045-1047 joule) şu ana kadar Büyük Patlama'dan sonraki en büyük enerji salma olayı olarak kabul edilmektedirler. (Bir megatonluk nükleer patlama 1015 joule'dür.) Evrendeki çok uzak gökadalarda meydana gelen bu patlamalarda enerjinin büyük kısmı gama ışınlarıyla yayılır.

Bu düzeydeki enerjilerin ya çok büyük kütleli yıldızlardan, atarcalardan ya da bileşeni nötron veya karadelik olan çift yıldızlardan gelebileceği bilinmektedir. Örneğin, GRB 011121 isimli gök cismi büyük kütleli bir yıldızın süpernova olarak patlamasıdır. Bir birine çekimsel olarak bağlı iki yıldızın oluşturduğu bir çift yıldız sisteminde bileşen yıldızlardan birinin kütlesi Güneş’e göre çok büyük ise bu bileşen 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.

Yakında meydana gelebilecek bir gama-ışın patlaması, Dünya'da kitlesel yok olmaya yol açabilir. Kısa süreli bir gama ışını patlaması yaşama ciddi anlamda zarar verebilir. Ancak, yakındaki bir patlama ozon tabakasını azaltarak atmosferin kimyasal yapısını bozabilir ve sonunda biyosferde ağır hasara yol açan, asitli nitrojen oksitleri oluşturabilir.

GIP'ların bulunuşu bütünüyle astronomi dışı gelişmelerle olmuştur. 1963 yılında "Atmosferdeki nükleer denemelerin yasaklanması" hakkındaki ABD-SSCB anlaşmasına uyulup uyulmadığını denetlemek için ABD Savunma Bakanlığı'nca Dünya çevresinde yörüngeye konulan, herhangi bir anda en az iki tanesi bütün yeryüzü atmosferini görebilen ve gama ışınlarını kayıt ve geliş yönlerini saptayabilen Vela adlı bir dizi uydu, yerötesi GIP sinyallerini ilk olarak 2 Temmuz 1967'de almaya başladı.

O zamanlar için çok gizemli bu fiziksel olayın bilim dünyasına duyurulması 1973 yılında olmuştur. Bu dönemde diğer önemli katkılar OSO-7 ve SAS-2 uydularından gelmiştir. ilk dönemlerde kayıt edilen yıllık patlama sayısı 10 civarında olmuştur. GIP’ların kayıtsal ve istatistiksel olarak önemli sayılara ulaşması 1977'den sonra gerçekleşmiştir. Daha sonraki yıllarda aktif uydu sayısının artması ile birlikte kayıt edilen yıllık ortalama patlama sayısı 1979'da 60'a, 1980'de 130'a ve 5 Nisan 1991'de gönderilen Compton Gama Işın Uydusu (Compton Gamma-Ray Observatory, CGRO) üzerinde bulunan Patlamalar ve Geçici Kaynaklar Deneyi BATSE (Burst and Transient Source Experiment) teleskopundan elde edilen sonuçlardan (BATSE’nin son kataloğu olan 4B'den) GIP olayları sayısı 2000'i geçmiştir.

Birkaç yıl öncesine kadar, GIP’ların herhangi diğer dalgaboylarında hiçbir izleri olmadığı düşünülüyordu. Fakat, son birkaç yılda bazı gama ışın patlamalarından zayıf x-ışın sinyallerinin yerinin belirlenmesi ve ölçülmesi, diğer ardıl ışımaların mümkün radyo ve optik algılamaları dikkat çekici gelişmelerdir. İtalyan-Hollanda uydusu Beppo-SAX ile GIP olayı GRB970228’in ardıl ışımaları gözlendi ve ardıl ışımanın zayıflamasının yüksek çözünürlükteki x-ışın görüntülerini elde edilmesi diğer bir önemli gelişme oldu. Ardıl ışımalar, kızı kayma mesafesinin ölçümüne, patlamaların olduğu ev sahibi galaksilerin teşhisine ve mesafelerin belirlenmesine imkân verdi. Böylece GIP’ların kozmolojik uzaklıklarda oluştuğu anlaşıldı. Bu uzak mesafelerden gözlenmeleri nedeni ile GIP’ların toplam ışıma enerjileri 1051-1054erg olmalıdır. Algılamaların bazen radyoya genişlemesi ve bu olayların bazen günlerce veya haftalarca sürdüğü gözlendi. şu ana kadar ~30'dan fazla GIP’ların ardıl ışımaları yardımıyla 25 kadar ev sahibi gökada teşhis edildi..

CGRO isimli uydu teleskobu üzerindeki BATSE gama ışını dedektörlerinin 1991’de faaliyete başlamasıyla birlikte gözlenen gama ışını patlaması (GIP) sayısında artış sağlandı. Bu gelişmeler, gizemli patlamaların evrenin uzak bölgelerinden, yani kendi galaksimiz Samanyolu’na milyarlarca ışık yılı mesafelerden kaynaklandığı yönünde önemli ip uçları sunuyordu. Ancak yalnızca gama ışını verilerini kullanarak bunu kanıtlamak mümkün değildi. Gama ışını patlamalarının uzaklıkları bilinmezi, bu dalga araştırmalarını sürdürmekte olan bilim insanlarının üzerinde en fazla tartıştığı konu haline gelmiş, astrofizikçiler olası iki fikir çevresinde kutuplaşmışlardı. Bir grup araştırmacı BATSE verilerinin de desteklediği gama ışını patlamalarının kozmolojik mesafelerden geldiği fikrini savunurken, diğer grup bu olayların galaksimizin hemen dışındaki bölgelerden, yani milyarlarca değil yalnızca binlerce ışık yılı gibi galaktik mesafelerden kaynaklanmakta olduğu fikrini benimsemişti. Bu fikir kutuplaşması o kadar ciddi boyutlara ulaşmıştı ki, 20. Yüzyıl boyunca yalnızca 4 defa gerçekleştirilen ‘Astronomideki Büyük Atışmaların’ biri 1995 yılında ‘Gama Işını Patlamalarının Uzaklıkları ‘başlığıyla Cambridge Üniversitesi profesörü Sir Martin Rees hakemliğinde Princeton Üniversitesi profesörü Bohdan Paczynski ve Chicago Üniversitesi profesörü Donald Lamb arasında yapıldı.

Gizemini koruyan bu fiziksel olayın çözümü için birçok proje ortaya atılmış ve denenmiştir. Bu olayın çözümünde eş zamanlı olarak kaydedilen başka ayrışım bölgelerindeki ışımaların katkısı olabileceği uzun zamandır düşünülmekteydi fakat GIP’ların çok kısa zaman zarfında gerçekleşmesi ve bu dar zaman aralığında olayın yerini gözlemleyebilecek optik ve diğer tayf bölgeleri teleskop ve dedektörlerin olaya bakma süresindeki gecikme ve eş güdümdeki yetersizlikleri nedeniyle son yıllara kadar yeterli veri ve bilgi toplanamamıştır. Bu eksiklikler gözönünde bulundurularak GIP olaylarına çözüm getirmesi beklenen ve yakın zamanda hayata geçecek olan projelerden biri ROTSE projesidir.

"Geçici Optik Olaylar için Robotik Teleskop Deneyi" (Robotik Optical Transient Search Experiment) olarak isimlendirilen ve görev tasarımı ve amacı itibarıyla tamamen GIP’ların optik bileşenlerini ayrıştırmaya yönelik olan bir uzaktan kontrollü (robotik) teleskoptan oluşur. Deneyin başarısı üzerine, Global ROTSE Ağ diye genişletilmesine ve 2'si kuzey yarımkürede (Los Alamos ve Antalya), 2'si güney yarımküre (Nambiya ve Avustralya)olmak üzere birbirleri ile koordinasyon halinde 4 ROTSE sistemi inşasına geçilmiştir. Bu projeye katılan gruplar University of Michigan (UM)'den Prof. Carl Akerlof (proje koordinatörü) ve grubu, yine ABD’den Los Alamos Ulusal Laboratuvarı (Los Alamos National Laboratory, LANL) ve Lawrence Livermore National Labaratory (LLNL) araştırmacıları, Türkiye'den Ulusal Gözlemevi, Almanya'dan Max Planck Institute for Nuclear Physics ve Avustralya'dan University of New South Whales’ın bir araya gelerek oluşturdukları bir konsorsiyum tarafından geliştirilmektedir.

ROTSE I,II,III gibi gittikçe daha gelişkin prototiplerle yapılan gözlem ve bulgular, GIP’ların optik ışıma bileşkelerini kaydetmedeki başarısı ile uluslararası bilim dünyasında dikkatleri üzerine çekmiştir.