Gürkan Özsoy Blog
Tamamen Kişisel
Gözlemler, büyük tropikal fırtınalarda şaşırtıcı miktarda ve çeşitlilikte gama radyasyonu üretildiğini ortaya koyuyor
1990’larda, NASA’nın süpernova gibi gök cisimlerinden gelen yüksek enerjili parçacıkları tespit etmek için tasarladığı uydular, şaşırtıcı bir keşif yaptı—dünyanın tam içinden gelen yüksek enerjili gama radyasyonu patlamaları.
Araştırmacılar bu yüksek enerjili gama ışınlarının gök gürültülü fırtınalardan kaynaklandığını kısa sürede tespit ettiler, ancak bu fenomenin ne sıklıkla gerçekleştiği hala bir gizem olarak kaldı. Uydular, gama ışınlarını tespit etmek için tasarlanmamıştı ve bu tür olayları tespit etmek için yalnızca doğru zamanda doğru konumda olmaları gerekiyordu.
Yıllarca, bu görev için ideal olmayan platformları kullanmak zorunda kalan bir grup bilim insanı, NASA’ya ait, modifiye edilmiş bir U2 casus uçağını fırtınaların üzerinde uçurarak konuyu doğru bir şekilde inceleme fırsatı yakaladı. Nature dergisinde yayımlanan iki yeni makalede, ekip gök gürültülü fırtınalar sırasında üretilen gama radyasyonunun düşünüldüğünden çok daha yaygın olduğunu ve bu radyasyonu oluşturan dinamiklerin henüz çözülememiş pek çok gizem barındırdığını keşfetti.
“Fırtınalarda düşündüğümüzden çok daha fazla şey oluyor,” dedi Duke Üniversitesi’nde Mühendislik dalında William H. Younger Seçkin Profesörü olan ve her iki makalenin de ortak yazarı olan Steve Cummer. “Meğerse neredeyse tüm büyük fırtınalar, gün boyu ve birçok farklı biçimde gama ışınları üretiyor.”
Gök gürültülü fırtınaların yüksek enerjili gama ışınları üretmesinin ardındaki genel fizik kuramı aslında bir sır değil. Fırtınalar oluşurken, yükselen hava akımları su damlacıkları, dolu taneleri ve buzu bir karışıma sürükleyerek, tişörtünüzü bir balona sürttüğünüzde olduğu gibi elektriksel bir yük oluşturur.
Pozitif yüklü parçacıklar fırtınanın tepesinde toplanırken, negatif yüklü parçacıklar alt kısma düşer ve bu da 100 milyon adet AA pilin uç uca dizilmesi kadar güçlü bir elektrik alanı yaratır.
Diğer yüklü parçacıklar—örneğin elektronlar—bu kadar güçlü bir elektrik alanında bulunduklarında hızlanır. Yeterince hızlanıp bir hava molekülüne çarparlarsa, daha yüksek enerjili elektronlar açığa çıkar. Bu süreç, çarpışmaların nükleer reaksiyonlar yaratacak kadar enerjiye sahip olana dek devam eder ve son derece güçlü ve hızlı gama ışınları, antimadde ve diğer radyasyon türleri üretir.
Ancak, gök gürültülü fırtınalardan gelen gama radyasyonu hikayesi burada bitmiyor. Fırtınalara yakın uçan uçaklar, bulutlardan gelen hafif bir gama ışını parıltısı gözlemledi. Bu fırtınalar, düşük seviyede bir gama radyasyonu üretme kapasitesine sahip görünüyor, ancak bir mısır tanesinin patlaması gibi patlayıcı bir gama radyasyonu patlaması üretmesini engelleyen bir şey var.
“Birkaç hava aracı kampanyası, bu fenomenlerin yaygın olup olmadığını anlamaya çalıştı, ancak karışık sonuçlar elde edildi ve ABD üzerindeki birkaç kampanya hiç gama radyasyonu tespit edemedi,” diyor Cummer. “Bu proje, bu soruları kesin olarak yanıtlamak için tasarlandı.”
Araştırma grubu, NASA’nın ER-2 Yüksek İrtifa Hava Bilimi Uçağını kullanma izni aldı. Soğuk Savaş’tan kalma, modifiye edilmiş bir U2 casus uçağı olan bu uçak, ticari uçakların uçuş irtifasının iki katı yüksekte ve çoğu gök gürültülü fırtınanın üç mil yukarısında uçabiliyor. Ayrıca son derece hızlı olduğu için, ekip sonuç almayı en muhtemel gördükleri fırtınaları seçme fırsatını yakaladı.
“ER-2 uçağı, gök gürültülü bulutlardan gama ışınlarını gözlemlemek için en ideal platform olurdu,” dedi proje lideri ve Norveç’teki Bergen Üniversitesi’nde uzay fiziği profesörü olan Nikolai Østgaard. “20 km [12,4 mil] irtifada uçarak, bulut tepesinin hemen üzerinde, gama ışını kaynağına mümkün olduğunca yakın uçabiliriz.”
ER-2 bu iş için mükemmel bir çözümdü ve ekip doğru fırtınaların üzerinden uçacaklardı. Araştırmacılar, eğer bu fenomenler nadir olsaydı, çok az gözlem yapacaklarını, eğer yaygınsa, çok fazla gözlem yapacaklarını düşündüler.
Ve çok fazla gözlem yaptılar.
Bir ay boyunca, ER-2 tropiklerde, Florida’nın güneyindeki büyük fırtınaların üzerinde 10 uçuş gerçekleştirdi ve bunların dokuzunda bu gama radyasyonu gözlemlendi. Bu gözlemler, beklenenden daha dinamik ve karmaşık bir süreç olduğunu ortaya koydu.
“Gama ışını saçan gök gürültülü bulutların dinamikleri, önceki durağan parıltı modeline tam anlamıyla zıt ve daha çok devasa bir gama ışını yayan kaynayan bir tencereye benziyor,” dedi Bergen Üniversitesi’nde fizik ve teknoloji profesörü olan Martino Marisaldi.
Tropik bölgelerdeki tipik bir gök gürültülü fırtınanın boyutları, diğer enlemlerdeki fırtınalardan çok daha büyük olduğundan, bu durum tropiklerdeki tüm fırtınaların yarısından fazlasının radyoaktif olduğunu gösteriyor. Araştırmacılar, bu düşük seviyeli gama radyasyonu üretiminin, bir tencerede kaynayan suyun buharı gibi işlev görerek, içeride biriken enerjiyi sınırladığını öne sürüyor.
Araştırmacılar, aynı gök gürültülü fırtınalardan gelen kısa süreli ve yoğun gama radyasyonu patlamalarının çok sayıda örneğini görmeyi de heyecan verici buldu. Bunların bazıları, NASA uyduları tarafından başlangıçta tespit edilen gama radyasyonu patlamalarıyla neredeyse tamamen aynıydı. Bu patlamalar neredeyse her zaman aktif bir yıldırım boşalması ile aynı anda meydana geldi.
Bu, yıldırımın oluşturduğu büyük elektrik alanının, zaten yüksek enerjili olan elektronları daha da güçlendirerek yüksek enerjili nükleer reaksiyonlar yaratma kapasitesine sahip olduğunu düşündürüyor.
Ancak, daha önce hiç görülmemiş iki tür kısa gama radyasyonu patlaması da gözlemlendi. Bir türü inanılmaz derecede kısa, saniyenin binde birinden daha az sürüyor. Diğeri ise, yaklaşık on bireysel patlamadan oluşan ve bir saniyenin onda biri boyunca tekrarlanan bir dizi halinde gerçekleşiyor.
“Bu iki yeni gama radyasyonu türü benim en ilginç bulduğum şey,” dedi Cummer. “Görünüşe göre gelişen yıldırım çakmaları ile bağlantılı değiller. Bir şekilde kendiliğinden ortaya çıkıyorlar. Verilerde, bunların yıldırım çakmalarını başlatan süreçlerle ilişkili olabileceğine dair ipuçları var ki bu, bilim insanları için hala bir gizem.”
Tüm bu gama radyasyonunun insanları Hulk’a dönüştüreceğinden endişe edenler varsa, Cummer endişelenmemelerini söyledi. Üretilen radyasyon miktarı, yalnızca bir kişi veya nesne kaynak noktasına çok yakınsa tehlikeli olabilir.
“Eğer orada bulunursanız, radyasyon en küçük probleminiz olurdu. Uçaklar, aşırı türbülans ve rüzgârlar nedeniyle aktif gök gürültülü fırtına çekirdeklerinden kaçınır,” dedi Cummer. “Artık bildiklerimize rağmen, uçmaktan öncesine göre daha fazla endişelenmiyorum.”
Daha fazla bilgi: Nikolai Østgaard, Flickering gamma-ray flashes, the missing link between gamma glows and TGFs, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07893-0. www.nature.com/articles/s41586-024-07893-0