Kozmik Işıklar

1910'lu yıllarda Theodor Wulf adlı amatör bir fizikçinin Eyfel Kulesi'ndeki ve ondan habersiz, Avusturyalı Victor Hass adlı fizikçinin, balon üzerindeki dedektörler ile atmosferdeki araştırmalarına kadar kimse "Kozmik Işınlar" diye bir kavramdan söz etmedi. Takip eden yıllarda, ikinci dünya savaşı sonrasındaki yıllar da dahil olmak üzere, kozmik ışınlar fizikçilerin en popüler ilgi sahası haline geldi. Öyleki bilim adamları yüksek dağ tepelerinde zor çevre şartlarına rağmen âdeta kozmik ışın avcılığına başladı. 1930'lu yıllarda Amerikalı fizikçi Arthur Compton 60 kişilik ekibinden iki kişiyi Mc Kinley dağlarında kaybetti. Ancak bu çalışmalar "partikül fiziği" adıyla yeni bir disiplinin doğmasına vesile oldu.

Peki ne idi bu kozmik ışınlar? Henüz kaynağı konusunda kesin bir bilgi edinilemeyen yüksek enerjili parçacıklar fezanın her köşesinde ışık hızına yakın bir hız ile yol almaktadırlar ve önlerine çıkan engelleri ya delip geçmekte veya çarpıp yansımaktadır. Dünyamızdakine benzer atmosferi olmayan gezegenler bu ışınlara maruz kalmakta ve delik deşik bir zemine sahip olmaktadır. Kozmik ışınların mahiyeti düşünüldüğünde Atmosferimizin ne büyük bir nimet olduğu bizi bir defa daha şükür kuşağına taşıyor.

İkinci Dünya Savaşı öncesinde yapılan çalışmalar ile atmosfere giren yüksek enerjili parçacığın (kozmik ışın) atmosferdeki atom çekirdekleri ile çarpışıp pozitron, pion, muon, kaon ve benzeri atomaltı parçacıklarının açığa çıkmasına sebep olduğu anlaşılmıştır. Yapılan çalışmalar da kozmik ışınların hemen hepsinin elektrik yüklü parçacık olduğu tesbit edilmiştir. % 90 kadarı tek proton veya hidrojen çekirdeği halinde iken çok az oranda helyumdan kurşuna kadar element çekirdeği halinde bulunanlarına da rastlanmıştır. Kozmik ışınların kaynağı henüz kesin olarak bilinmemektedir. Yaygın kabul gören bir görüşe göre kozmik ışınlar, galaksimizdeki manyetik alanlar tarafından fezaya itilmekte ve tek bir kaynaktan çıkmamaktadır. İlk zamanlar kozmik ışınların kaynağı olarak süpernova patlamaları kabul edilmesine rağmen özellikle 1980 sonrasında yapılan çalışmalarda yıldız çiftlerinin kozmik ışın kaynağı olabileceği yönünde önemli ipuçları bulunmuştur.

RAHMET KUŞAĞI ATMOSFER

Fezada 1020 eV ve daha yüksek enerji seviyelerinde ve çok yüksek hızlarda yol alan kozmik ışınlar ultra yüksek enerji seviyeli veya primer (birincil) kozmik ışınlar olarak bilinmektedir. Bu ışınlar dünya atmosferine girdiklerinde havadaki atomlar ile çarpışarak düşük seviyeli veya sekonder (ikincil) kozmik ışınların ortaya çıkmasına sebep olurlar. Bu ışınlar 108 eV enerji seviyesi ile (X (röntgen) ışınlarındaki her fotonun enerjisinden 1000 defa daha büyük) yeryüzüne saniyede, iki santimetrekareye birden fazla yoğunlukta yağmaktadır. Utan Üniversitesinde P. Sokolosky başkanlığında yapılan çalışmalar ile primer ışınların da yeryüzüne her 2 kilometrekarelik alana her yüzyılda birkaç adet ulaşmakta olduğu tesbit edilmiştir.

Atmosferin, bu koruyucu özelliği insanoğluna, kâinat kitabının bir sayfasını daha okutmak istediği gayet açık ve net bir şekilde önümüzde durmaktadır. Zira düşük enerjisi ile belli bir yoğunlukta insana zarar verebilen X ışınları ölçü olarak alınırsa, kozmik ışınların çok daha yoğun olarak canlıların üzerine yağdığı ve bünyelerini delip geçtiği bir an düşünülse atmosfere "rahmet kuşağı" adının verilmesi her halde abes olmaz.

KAYNAKLAR VE KOZMİK IŞIN MEKANİZMALARI

Kozmik ışınlan araştırmaya ilgi, 1980'li yıllarda elde edilen bulgularla tekrar canlanmıştır. 80'li yılların başlarında yayınlanan ilmî makalelerde (Kiel Üniv'den W. Stamm ve M. Samorski) Cygnus X-3 adlı yıldız çiftinin (Cygnus takım yıldızında üçüncü büyük X ışını kaynağı) bir kozmik ışın kaynağı olabileceği iddia edildi. Böylece kozmik ışınların fezadaki belli noktalardan yayıldığı ortaya konuyordu. Dünyadan 37.000 ışık yılı uzaklıktaki Cygnus X-3'ün (Samanyolu galaksisine ait) yüksek enerjili gama ışınları ürettiği farkedilince böyle yüksek enerjili gama ışını yayılan bir yerden, yüksek enerjili çekirdek de üretilir sonucuna varıldı. Diğer taraftan Los Alamos Labaratuarında G. Yodth adlı fizikçi ve ekibi, çalışmalarının Mart 1986'da başladıkları kısmında elde ettikleri verilerden diğer bir kozmik ışın kaynağı keşfettiler: Herkül X-l yıldız çifti. Bu kaynak Arizona'da ve Hawai'deki gözlem laboratuarlarındaki araştırma grupları tarafından da tesbit edilmiştir. Yapılan çalışmalara göre kozmik ışının yeryüzüne kadar gelişindeki mekanizma biraz spekülatif de olsa şöyledir: Cygnus X-3 (Herkül X-l) süper yoğun bir nötron yıldızı ile çok büyük hacimli fakat aynı oranda küçük yoğunluklu (gaz halinde) komşu yıldızdan meydana gelmiştir. Nötron yıldızının kendi çevresindeki yüksek hızlı dönüşü ile gaz halindeki yıldızdan nötron yıldızına doğru gaz akıntısına sebep olur (Resim-4). Nötron yıldızının yüksek manyetik alanı, yüksek elektrik alanı üretir ve bu alan kozmik ışın protonlarını fezaya gönderir. Bu protonlardan bazıları (Primer kozmik ışın) dünya atmosferine girip havadaki bir atom ile çarpışarak bir duş etkisine benzer sekonder partiküllerin (ışınlar) açığa çıkmasına sebep olur. Açığa çıkan partiküller havadaki diğer atomlarla çarpışarak sekonder partiküllerin (duş etkisi halinde) ortaya çıkmasını sağlar. Bu arada nötron yıldızı yakınlarında gaz çekirdeği ile çarpışan proton, gama ışınlarını açığa çıkarır. Gama ışınlarından da dünya atmosferine ulaşanlar protonlarda olduğu gibi duş etkisi ile sekonder partiküllere sebep olur. Protonların sebep olduğu duş etkisinde muon oranı yüksektir. Sekonder partiküller, elektrondan yaklaşık 200 kat daha yoğun muonlar'dan başka daha önce bahsedilen kaon, pion, pozitron gibi atom altı parçacıklardan meydana gelmekte ve yeryüzündeki bütün varlıklar bu düşük enerjili atom altı parçacık yağmurlarına devamlı maruz kalmaktadırlar.

Kozmik ışınlar, bilinen fizik kanunlarına uymayan mekanizmaları ve hâlâ tam tesbit edilemeyen yönleri, ile insanoğlunun önünde kâinata ve Yaratıcısına götüren bir düşünce girizgahı olarak durmaktadır.