Kozmik ışın

Kozmik ışın, uzaydan gelen ve ışık hızına çok yakın hızlarla hareket eden yüksek enerjili yüklü parçacıklardır. "Işın" adı tarihsel bir kalıntıdır; gerçekte bunlar elektromanyetik dalga değil, çoğu proton olan atom çekirdekleridir.

Nasıl işler?

Gelen kozmik ışınların yaklaşık yüzde 90'ı proton (hidrojen çekirdeği), yüzde 9'u helyum çekirdeği, geri kalanı ağır çekirdek ve az sayıda elektrondur. Galaksimizdeki en önemli hızlandırıcıların süpernova artıkları olduğuna inanılır: patlamanın şok dalgası parçacıkları manyetik alan içinde defalarca yansıtıp enerjisini artırır. En yüksek enerjililer ise Samanyolu dışından, örneğin aktif galaksi çekirdeklerinden gelebilir; Pierre Auger Gözlemevi 2017'de bu enerjideki parçacıkların varış yönlerinde galaksi dışı bir kökene işaret eden bir yön eğilimi bildirdi.

Yüklü olduklarından yönleri galaksinin manyetik alanı tarafından saptırılır, bu yüzden geldikleri kaynağı doğrudan göstermezler. Yer'e yaklaşan parçacık, Yer'in manyetik alanı ve atmosferiyle karşılaşır. Atmosferde hava çekirdekleriyle çarpışıp ikincil parçacık sağanakları oluşturur; deniz seviyesine ulaşan bu parçacıkların önemli kısmı müondur ve santimetrekare başına dakikada yaklaşık bir müon düşer; yani avuç içinizden dakikada yaklaşık yüz müon geçer.

Örnekler

Bir parçacığın enerjisi elektronvolt cinsinden ölçülür. En yüksek enerjililer 10²⁰ eV düzeyine ulaşır; 1991'de Fly's Eye dedektörü, yaklaşık 3×10²⁰ eV enerjili "Aman Tanrım parçacığı"nı kaydetti. Bu, hızlandırıcılarla ulaşılabilen en yüksek enerjinin milyonlarca katıdır. Uzay istasyonundaki astronotlar günde yaklaşık yarım ile bir milisievert arasında ışınım alır; bu, Yer yüzeyinde bir yıl boyunca alınan doğal dozun büyük kısmına yaklaşık üç dört günde ulaşmak demektir. Curiosity gezgininin RAD cihazı, Mars yolculuğu sırasında günde yaklaşık 1,8 milisievertlik doz ölçtü; bu, Mars'a insanlı görevlerin ışınım korumasını ciddi bir mühendislik sorunu haline getirir.

Kozmik ışınlar Güneş etkinliğiyle de ilişkilidir. Güneş'in manyetik alanı, Güneş rüzgârı aracılığıyla Güneş Sistemi'ne yayılır ve galaksiden gelen düşük enerjili parçacıkların bir kısmını uzaklaştırır; Güneş etkinliği yüksekken Yer'e ulaşan galaktik kozmik ışın sayısı azalır, etkinlik düşükken artar. Güneş patlamalarında ise ayrıca Güneş kaynaklı enerjik parçacıklar yayılır; bunlar kısa süreli ama şiddetli ışınım dozu yaratabilir. Uçak mürettebatı ve kutup rotasında uçan yolcular da yüksekte kozmik ışına daha çok maruz kalır; bu nedenle havacılıkta doz takibi yapılır.

Parçacığı görünür kılmak için bulut odaları ve kabarcık odaları, bugün ise gelişmiş sayaçlar kullanılır. Güney Kutbu'ndaki IceCube gözlemevi ve Arjantin'deki Auger gibi büyük tesisler, atmosferde oluşan sağanakların kilometrelerce alana saçılan izini kaydeder. Bu veriler, hangi astrofiziksel olayın parçacığı hızlandırdığını anlamaya yardım eder.

Tarihçe

Yer'deki hava iyonlaşmasının yükseklikle azalmadığını, hatta arttığını 1912'de Victor Hess balon uçuşlarıyla gösterdi; yaklaşık beş kilometreye çıkarak ışınımın uzaydan geldiğini kanıtladı ve 1936'da Nobel Fizik Ödülü aldı. Pozitron, müon ve pion gibi parçacıklar, ilk kez kozmik ışın deneylerinde bulundu. Bu yüzden kozmik ışınlar, hızlandırıcıların yapılmasından önce parçacık fiziğinin doğal laboratuvarıydı.

Neden önemli?

Kozmik ışınlar uzay yolculuğunda DNA hasarına ve kanser riskine yol açar, elektronik devrelerde bellek hatalarına neden olur. Öte yandan müon ışınlarıyla piramitlerin veya volkanların içini görüntülemek, karbon-14 gibi izotopları üretmek ve evrenin en şiddetli süreçlerini anlamak gibi bilimsel yararları da vardır.

İlgili terimler

• Güneş rüzgârı
• Süpernova artığı
• Van Allen kuşakları
• Müon
• Işınım koruması