Araştırmacılar dağların içerisine süper hassas odalar kurarak, ana yıldızımızı araştırıyor.
Güneş yüzünüzü ısıttığı zaman, cildinize Güneş ışınlarından daha fazlasını fırlatıyor. Güneş ışınlarıyla beraber, çok az kütle barındıran hayaletimsi parçacıklar olan nötrinolar da geliyor. Trilyonlarca nötrino her saniye vücudunuza giriyor ve oradan yer altına giderek, gezegeni neredeyse ışık hızında dolaşıyor.
Bilim insanları, bu nötrino yağmurunu yıllardır titiz bir şekilde inceliyorlar ve Güneş’in bunları nasıl oluşturup fırlattığını kesin biçimde anlamaya çalışıyorlar. Güneş’in enerjisinin yüzde 99’u sadece tek tip füzyondan gelirken, geri kalan yüzde birinin ise uzun süredir ikinci ve daha karmaşık bir tepkimeden geldiği düşünülüyor. Onlarca yıl süren çalışmaların ardından fizikçiler, nötrinoların daha nadir olan bu tepkimeden çıktığını dün ilk defa keşfetmişler.
Ohio State Üniversitesi’nde çalışan ve yeni araştırmada yer almayan gökbilimci Marc Pinsonneault, “Bu apaçık bir delil” diyor. “Çok derin kuramsal bir tahmin, nadir ve güzel bir şekilde onaylandı.”
Araştırmacılar, bu az sayıdaki nötrinoda gökbilimin en hararetli sorularından birine cevap bulmayı umuyor: “Güneş ve dolayısıyla evrendeki tüm diğer yıldızlar hangi bileşenlerden oluşuyor?” sorusuna.
Araştırmacılar, Güneş’in en az yüzde 98 hidrojen ve helyumdan oluştuğunu biliyor. Bunlar, doğanın en hafif ve en bol bulunan iki elementi. Fakat o son yüzde ikilik kısmın yapısına yönelik tartışmalar halen devam ediyor. Gökbilimciler cisimlerin hangi renkte ışık yaydığını (veya yaymadığını) analiz ederek, genelde bu cisimlerin nelerden oluştuğunu anlıyorlar. Fakat Güneş’in bazı ağır bileşenleri söz konusu olduğunda (karbon, nitrojen ve oksijen gibi), bu elementlerin parmak izleri çok açık şekilde görünmüyor.
“Sorun verilerde değil” diyor Pinsonneault. “Bu bir periyodik tablo problemi.”
Yapılan gözlemler yeterli olmayınca, araştırmacılar da kuramlara yönelmiş. Hazırlanan ilk modellerde, Güneş’in yüzde 1,8’inin karbon, nitrojen ve oksijen gibi büyük atomlardan oluşması gerektiği tahmin edilmiş. Fakat daha sonra 2000’li yıllarda, Güneş’in çalkantılarının ve diğer özelliklerinin de hesaba katıldığı daha gelişmiş kuramlarda, yıldızın yalnızca 1,4’ünün ağır siklet elementler içermesi gerektiği tahmin edilmiş.
Yüzde 0,5’lik bir fark kulağa çok büyük gelmeyebilir; fakat kozmik açıdan birtakım sonuçlar barındırıyor. Güneş en iyi bilinen yıldız olduğundan, gökbilimciler onu neredeyse bir ölçü birimi olarak kullanıyor. Benzer görünümlü başka bir yıldızın da benzer bileşime sahip olması gerektiğini varsayıyorlar. Ayrıca evrendeki tüm yıldızları düşündüğünüzde, bu yüzde 0,5 çok büyük bir miktara dönüşüyor. Örneğin daha küçük olan tahmin doğruysa, araştırmacıların tüm evrendeki oksijen miktarı tahmini yüzde 40 azalır.
“Güneş’i değiştirdiğiniz zaman, her yerde olduğunu düşündüğümüz ağır şeylerin miktarını da değiştiriyorsunuz” diyor Pinsonneault.
Güneş’in içerisinde olup bitenleri gerçekten anlamanın bir yolu da, Güneş’in Dünya’ya her saniye fırlattığı sayısız nötrino üzerinde çalışmak. Yıldızımızdaki nötrinoların büyük bir çoğunluğu, protonların doğrudan kaynaşmasından geliyor. Fakat 1930’ların sonlarında nükleer fizikçiler, nötrinoların küçük bir kısmının, söz konusu ağır elementlerin (karbon, nitrojen ve oksijen) protonları yönlendirdiği karmaşık bir tepkimeden çıkması gerektiğini düşünmüşler.
“CNO nötrinoları” şeklinde adlandırılan bu cisimler 1988’de aranmaya başlanmış. Bütün nükleer tepkimelerden nötrino çıkıyor. Bu yüzden, eğer milyonlarca kilometre uzaktaki nadir bir nükleer tepkimeden çıkan az sayıdaki nötrinoyu arıyorsanız, ilk önce tertemiz bir nükleer ortam hazırlamanız gerekiyor. İtalya’daki Borexino ortaklığının üyeleri, radyoaktif bileşenlerin tespit edilmesinde kullanılacak dedektörlerin yapılacağı maddeleri temizleyerek işe başlamışlar. Araştırmacıların bu çalışması 19 yıl sürmüş.
Borexino üyesi Gioacchino Ranucci, “Dünya’da radyoaktivite bakımından muhtemelen en temiz ortam burası” diyor.
Tespit, tüm bunlara rağmen kolay olmamış. Araştırmacılar Borexino’yu bir dağın derinlerine, kozmik ışınlardan uzağa; İtalya’nın Gran Sasso’da bulunan ulusal bir laboratuvarına inşa etmişler. Dedektörün çekirdeğini ise üç yüz tonluk kimyasal madde oluşturuyor. Bu madde, bir nötrino sıvıyla etkileşime girdiğinde parlıyor ancak böyle bir şey son derece nadir biçimde gerçekleşiyor. Aynı karışımın 1.000 tonluk başka bir bölümü ise dedektörün çekirdeğini sarıyor ve tüm bu cihazı da 2.300 tonluk su çevreliyor. Bunlar, Gran Sasso dağının kayalarından fırlayan gama ışınları ile nötrinolara karşı bir kalkan vazifesi görüyor.
2007 yılında çalıştırılan deney düzeneğinde, Güneş’in ana tip füzyonundan gelen nötrinolar neredeyse anında tespit edilmiş. Araştırmacılar, sonraki birkaç yıl boyunca standart proton-proton füzyonunun her yönünü derinlemesine incelemişler. Fakat CNO nötrinolarına ulaşılamamış.
2015 yılında, çekirdekteki sıvıyı tamamen durgun hale getirmek üzere dedektörü yenilemişler ve nihayet çabaları sonuç vermiş. Yaklaşık 100 araştırmacıdan oluşan uluslararası ortaklık, Haziran ayında tüm diğer muhtemel kaynakları eledikten sonra, nihayet CNO nötrinolarını tespit ettiklerini duyurmuşlardı. Merkezde yer alan 100 tonluk sıvı, her gün ortalama 20 defa ışıldıyor. Bunlardan on tanesi, dedektördeki malzemelerin radyoaktif şekilde bozunmasından geliyor. Bu özel enerji aralığında yer alan yaklaşık üç tanesi ise Güneş’in ana füzyon tepkimesinden çıkıyor. Geri kalan yedi parlama, Ranucci’nin söylediğine göre Güneş’in nadir nitelikli ve CNO destekli füzyonuyla fırlatılan nötrinoların gelişini gösteriyor. Araştırma takımı, sonuçlarını dün Nature bülteninde yayımladı.
“Bu çok ama çok güzel bir deney” diyor Pinsonneault.
Her gün meydana gelen bu yedi parlama, hep birlikte değerlendirildiğinde; Güneş’in (ve bu yüzden evrenin) daha fazla karbon, nitrojen ve oksijen barındırdığına yönelik en küçük ipuçlarını sağlıyor. Fakat onlarca yıl süren zahmet ve yetenek gösterisi ölçümlerden sonra bile bulgular kesin değil. “Yüksek miktarda ağır element görmeyi tercih ederiz” diyor Ranucci, “çünkü bunlar şans eseri meydana gelmiş olabilir.”
Borexino deneyi, CNO nötrinolarından kaynaklı parlamaları aramaya birkaç ay daha devam edecek ve ondan sonra dedektörün ömrü sona erecek. Ranucci, bir buçuk yıllık ilave bir veriyle beraber; daha kesin bir yanıt sunabilecek bir başka CNO nötrino makalesi daha yayımlamak için sabırsızlanıyor.
Borexino ortaklığı, makinenin son günlerinden ne kadar çok faydalanabilirse faydalansın; Pinsonneault, Güneş fizikçilerinin Güneş’in içeriklerini farklı şekillerde elde edebilecekleri ilave deneyler üzerinde çalıştıklarını söylüyor. Ayrıca bunu yapamasalar bile, çok daha fazla sayıda sıvı varili yolda. Hiçbiri henüz veri almıyor fakat Güneş fizikçileri, Borexino’nun gelişimini onlarca yıl izledikten sonra sabırlı olmaya alışmış.
“Bu durum, çözümün yollarından birine veya diğerlerine kapıyı kapatmıyor” diyor Pinsonnault, “fakat gelecek nesillere, daha verimli olabilecek yolu işaret ediyor.”
Yazar: Charlie Wood/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
