1994 yılında derin uzaydaki gama ışını patlamalarını tespit etmek için tasarlanan yörüngedeki uydular beklenmedik bir şekilde Dünya’dan gelen sinyallerin olduğunu fark ettiler. Bu sinyallerin Dünya’dan gelmesi ise şaşırtıcıydı, çünkü gama ışınları çok büyük kütleli bir yıldızın ömrünü tamamlamasıyla ortaya çıkan oldukça yüksek enerjili fotonlardan oluşmaktadır. Böyle yüksek enerjili fotonlara yeryüzünde nükleer silah denemeleri dışında rastlanılması beklenmiyordu. Sonradan, binlerce gözlemin ardından keşfedilen bu karasal gama ışını parlamalarının (İng. TGF) fırtınalar sırasında yıldırım çakmalarının normal bir parçası olduğu anlaşıldı.
Diğer taraftan nükleer denemelerden gama ışınlarının oluşmasına benzer olarak nükleer reaktörlerin anti madde parçacıkları ürettiği biliniyor, hatta hem yer kabuğundan hem de reaktörlerden üretilen antinötrinoların dünya haritası bile çıkarılmıştı (1 ve 2). Yani gezegenimiz doğal veya yapay yollardan gama ışını, antimadde gibi evrenin derinliklerinde aradığımız şeylerin bir kaynağı konumunda. Görünen o ki, gezegenimizde bunların üretiminde en faal doğal olaylardan biri fırtınalar.
ABD’nin Ulusal Okyanus ve Atmosfer İdaresi (İng. NOAA) şimdiye kadar kaydedilen en güçlü fırtınalardan biri olan Patricia Kasırgası’nı onun üzerinden uçan bilimsel bir uçak ile inceledi. 2015’in Ekim ayında Meksika’nın batı kıyısını vuran bu fırtınanın içinde bilim insanları karasal gama ışını ve X-ışını parlamalarının ortaya çıkışı sırasında ilk kez yere doğru akan pozitron (elektronların antimadde karşılığı) ışın demeti gözlemlediler.
Karasal gama ışını parlamaları yıldırımlı fırtınalar sırasında günde yaklaşık bin kez oluşmaktadır ancak sadece milisaniyeler içinde 20 milyon elektronvolt’luk enerji salarken onları yakalaması kolay değildir. Ancak NOAA’nın Kasırga Avcısı adlı uçağı ve cesur pilotları sayesinde Patricia Kasırgası’nda bu doğrudan gözlemlenebildi.
Bu tür ışın parlamaları ve antimadde yayılımının ardındaki mekanizmalar hâlâ tam olarak açıklanmış değil ama bilim insanları gök gürültülü fırtınalardaki güçlü elektrik alanların elektronların neredeyse ışık hızında hızlanmalarına neden olduğunu düşünüyorlar. Bu yüksek enerjili elektronlar havadaki diğer atomlarla karşılaşıp çarpıştıkça, enerjilerini diğer elektronlara aktararak onların da hızlanmasına neden oluyorlar. Bu ise “relativistik elektronlar” olarak bilinen bir “çığ”ın hızlıca oluşmasını sağlıyor.
Tüm bu çarpışmalar gama ışınlarını yayıyor ve bu çarpışmalar bir kere de yeterince oluştuğunda, oldukça parlak karasal gama ışınları meydana gelmektedir. Bu olay bir yan etkisi olarak antimadde oluşumu ile sonuçlanıyor. Çünkü gama ışınları havadaki atomların çekirdiği ile çarpıştığında, bu çarpışma bir elektron ve bir pozitron üretir. Bunlar da birbirlerinden zıt yönlerde dağılırlar.
Geçmişte de antimaddenin izlerine fırtınalarda rastlanılmıştı ama karasal gama ışını parlamalarına dair yapılan modeller ile öngörülen antimadde parçacıklarının aşağı doğru yol alması yani ters pozitron demeti olgusu ilk defa bu çalışma sırasında gözlendi. Journal of Geophysical Research: Atmospheres dergisinde bu çalışmayla ilgili yayınlanan makalenin yazarlarından fizikçi David Smith “bu gözlem karasal gama ışını parlamalarının atmosferi yüksek enerjili radyasyonla yukarıdan aşağıya doğru deldiğini” gösterdiğini söylüyor.
Kasırga Avcısı uçağında kullanılan ADELE aygıtı. Credit: Greg Bowers
Patricia Kasırgası’nın en şiddetli olduğu bölgenin üzerinde uçan uçağın üzerinde X-ışınlarını ve gama ışınlarını ölçmek için tasarlanan Enerjik Yıldırım Emisyonları Havada Algılama (İng. ADELE) ismi verilen bir aygıt kullanıldı. Araştırmacıların belirttiğine göre, elde ettikleri bulgular karasal gama ışını parlamalarını gelecekte tespit etmeyi kolaylaştırdığı için artık fırtınaların üzerinde uçan uçaklara gerek olmayabilir. Yeryüzünün yüksek rakımlı bölgelerinde kurulacak yer tabanlı gözlemevleri bu iş için yeterli olabilir.
Dr. Gökhan Atmaca
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi Kuark.Org’u Facebook’ta Takip Edebilirsiniz.
Referanslar:
Michael Irving, Beams of antimatter spotted blasting towards the ground in hurricanes, New Atlas
Peter Dockrill, Lightning Inside This Ferocious Hurricane Blasted a Beam of Antimatter at Earth, Science Alert
