AstronomiFizikKimya

Güneşin Enerji Kaynağının Eksik Parçası Bulundu

Yazan: Regine Panknin

Çeviren: Arda Durer

Düzenleyen: Nergiz Kaşka

Özet: Bilim insanları Borexino deneyiyle güneşin enerji kaynağı olan KAO döngüsünün varlığını güneşten elde edilen nötrinolar ile ilk kez kanıtladılar.

Güneş devasa bir füzyon reaktörüdür. Güneşin çekirdeğinde bulunan hidrojen elementinin çekirdekleri yaklaşık 15 milyon derece sıcaklıkta birbirleriyle sürekli olarak birleşerek etkileşimler zinciriyle helyum elementini oluşturur. Bu oluşum tamamlanırken nötrino olarak adlandırılan farklı tipte radyasyon ve parçacıklar da yayılır. Bu nötrinolardan milyarlarcası tespit edilmeden ve durdurulmadan her saniye Dünya’daki her noktadan geçebilir. Güneşten gelen nötrinoların, malzemelerin içinden rahatça geçebilme özellikleri sayesinde Güneşi daha yakından inceleyebilmek adına nötrinoları kullanabileceğimiz anlamına gelir. Dolayısıyla nötrinolar Güneşin çekirdeği ve koşulları hakkında doğrudan bilgi sağlarlar.

Borexino Deneyinin[1] yürütücülerinden biri olan ve Jülich Nükleer Fizik Enstitüsünün Nötrino Grubu Yöneticisi olan Livia Ludhova, “Güneş karmaşık nükleer tepkimeler sayesinde enerji üretir.” diye açıklıyor. Şunları ekliyor, “Anahtar süreç, hidrojenin füzyon tepkimeleriyle helyuma dönüşmesidir ve buna hidrojen yanması adı verilir. Güneşin mevcut modellemesine göre bu süreç iki mekanizma aracılığıyla gerçekleşir.”

Güneş gibi kütlesi az olan yıldızlarda baskın olan mekanizma iki protonun doğrudan füzyonuyla başlayan proton-proton (PP) zinciridir. Diğer mekanizma ise Bethe-Weizsäcker döngüsü olarak da adlandırılan karbon-azot-oksijen (KAO) döngüsüdür. Ludhova, “Yıldız plazmasındaki helyumdan daha ağır elementlerin karbon, nitrojen ve oksijenin füzyon reaksiyonlarına doğrudan katılmasıyla döngü sağlanır. Her iki mekanizma da enerji üretir ve tamamıyla bir nötrino spektrumu yayar.” diyor.

280 ton kırpışımlaç sıvısı içeren Borexino Algıcı

Ludhova, “Çok sayıda büyük yıldızdaki çalışmalardan yola çıkarak yıldızlardaki hidrojenin helyuma dönüştürülmesi için evrende KAO döngüsünün birincil mekanizma olduğu tahmin ediliyor.” diyor. Bununla beraber daha düşük kütleye sahip olan güneşte ise bu mekanizma çok küçük bir rol oynar. Fizikçiler de “KAO döngüsünün Güneşin enerji üretiminin yaklaşık %1’ini oluşturduğunu tahmin ediyoruz. Teorik olarak mekanizma çok sağlam temellere dayanıyor ancak şimdiye kadar hiç kimse bunu deneylerde gözlemlemeyi başaramadı.”

Güneşin çekirdeğinden bilgi almak için nötrinoların işe yarar bu özelliği aynı zamanda onların yakalamalarını da zorlaştırıyor. Bunun sebebi malzemelerden herhangi bir engelle neredeyse karşılaşmadan geçerler ve dolayısıyla normal ölçü aletleriyle tespit edilemezler. Nötrinoları tespit etmek için Borexino Algıcı’na ihtiyaç vardır ancak bir nötrinonun enerjisinin bir kısmını çarpıştığı elektrona aktarması gerekmektedir. Çarpışma sonrası hareket edecek olan elektronun tespiti ile nötrino hakkında bilgi edilebilir. Nötrinoların ölçülmesi trilyonlarca nötrinonun sadece birkaçının maddeyle etkileşime girdiği ve bu nedenle tespit edilebildiği büyük algıçlar gerektirir.

Şu an Borexino Deneyi üzerinde çalışan bilim insanları, bu füzyon sürecinde üretilen nötrinoları doğrudan gözlemleyerek KAO döngüsünün varlığının ilk deneysel kanıtını buldular. Ludhova, “KAO nötrino etkileşimlerinin varlığını kanıtladık.” diye açıklıyor. “Bir saniye içinde Dünyadaki herhangi bir santimetre karelik alandan geçen KAO nötrinolarınınn akısının 700 milyondan fazla olduğunu ölçebildik. Bu sayı güneşte üretilen nötrino sayısının yaklaşık %1’ine karşılık gelmektedir.”

Nötrinoların elektronlarla çarpışma durumlarından sonra meydana gelen ışık parlamaları, kırpışımlaç sıvısının da içinde bulunduğu paslanmaz çelik kürenin etrafına monte edilmiş 2000 duyaç tarafından ışığı elektriksel atımlara dönüştürür.

2007’den beri bu ölçümü yapan güneşten gelen nötrinolarla ilgili verilerin toplandığı yer Borexino Gözlemevidir. Gözlemevi dünyanın en büyük yer altı laboratuvarı olan İtalya’daki Laboratori Nazionali del Gran Sasso’dur. Borexino Agıcının merkezinde 280 ton özel kırpışımlaç[2] sıvısı bulunan ince duvarlı bir naylon balon vardır. Nötrinolarla tepkimeler oluştuğunda küçük ışık parlamaları meydana gelir. Işık parçacıkları ışığı elektriksel atımlara dönüştüren yaklaşık 2000 duyaç tarafından toplanır. Ludhova, “Analizin çok önemli bir parametresi olan nötrinoların biriktirdiği enerji, tespit edilen ışık miktarı ile ilişkilidir.” diye açıklıyor. “Bu hassas ölçümü ilk adımda gerçekleştirmek için Borexino Algıcındaki doğal radyoaktivitenin belirli bir düzeye indirilmesi gerekiyordu.”

Kozmik radyasyona karşı algıçtaki tank İtalya’da Roma yakınlarındaki Gran Sasso Dağı’nın kaya katmanının 1.400 metre altında bulunuyor. Yine de bu istenmeyen kozmik parçacıkların bazıları hâlâ algıçlara ulaşabiliyor ve aranan nötrino sinyallerini sönümleyebiliyor. Bilim insanları bu problemi azaltmak için bazı karmaşık analiz teknikleri geliştirdiler. Bu teknikler nadir nötrino sinyallerinin tanımlanmasını engelleyen olayları bastırmaya yardımcı oluyor.

Livia Ludhova, “KAO nötrinolarının kanıtı önemli bir kilometre taşını temsil ediyor.” diye açıklıyor. “Güneşin çekirdeğinin bileşimini ve özellikle metalik olma durumunu daha iyi anlamamızı sağlıyor.” Bu metalik olma durumu astrofizikte yıldızlarda ağır elementlerin miktarı için kullanılan standart bir terimdir ve günümüzün güneş ile ilgili cevaplanmamış en önemli sorulardan biridir. Ludhova, “Borexino algıcı bir kez daha güneşin araştırılmasında öncü bir rol oynadı ve yıldızı canlı tutan süreçlerin en derin sırlarını ortaya çıkardı.”


[1] Düşük enerjili güneş nötrinoları incelemek için oluşturulmuş bir parçacık fiziği deneyi (Kaynak: Vikipedi)

[2]Yüklü bir parçacıkla uyarıldıktan sonra gözle görünür ışık yayan madde. (Kaynak: Vikipedi)

Via
https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/EN/2020/2020-11-25-borexino-cno-en.html

Arda Durer

İstanbul Teknik Üniversitesi - Metalurji ve Malzeme Mühendisliği öğrencisi, Teknoloji meraklısı.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button