Bilim dünyasında büyük yankı uyandıran bir gelişme yaşandı. Akdeniz'in derinliklerine yerleştirilmiş bir dedektör tarafından tespit edilen ve daha önce eşi benzeri görülmemiş bir enerji seviyesiyle Dünya'ya çarpan kozmik bir nötrino nun tekerrür eden bir sinyal değil, gerçek bir parçacık olduğu kesinleşti.
Şubat 2023'te Akdeniz'in derinliklerinde kurulu bulunan bir dedektör, 220 petaelektronvolt (PeV) gibi rekor kıran bir enerjiye sahip bir nötrino sinyali yakalamıştı. Karşılaştırma yapmak gerekirse, bu enerji seviyesi önceki rekorun tam 22 katıydı.
Olayın detaylı analizi sonucunda, KM3-230213A olarak adlandırılan bu kaydın, aslında bir hata veya yanlışlık değil, 220 PeV enerjili gerçek bir nötrino tarafından oluşturulduğu doğrulandı. Bu analiz, parçacığın kökeninin evrenin neresi olduğu konusundaki gizemi ise daha da derinleştirdi.
Yapılan analizlere göre, KM3-230213A için tespit edilen ışık desenleri, dedektörden geçen ve büyük olasılıkla bir müon olan, relativistik bir parçacığın beklenen özellikleri ile tam bir uyum gösteriyor. Bu durum, sinyalin bir hata olma ihtimalini ortadan kaldırıyor. Müonun yeniden yapılandırılan enerjisi ve yönü göz önüne alındığında, en olası senaryo, müonun dedektöre yakın bir yerde meydana gelen astrofiziksel bir nötrino etkileşiminden kaynaklandığıdır.
Nötrinolar, evrende oldukça yaygın olan, hatta en bol bulunan parçacıklardan biridir. Yıldızlardaki füzyon gibi yüksek enerjili olaylar veya süpernova patlamaları sırasında oluşurlar. Ancak nötrinoların elektrik yükü yoktur, kütleleri neredeyse sıfırdır ve diğer parçacıklarla etkileşimleri yok denecek kadar azdır. Bu özellikleri nedeniyle, onlara "hayalet parçacıklar" adı verilmiştir.
Nötrinoların bu kadar az etkileşimde bulunması, onları tespit etmeyi neredeyse imkansız hale getirir. Ancak nadiren de olsa bir nötrino başka bir parçacıkla çarpışır ve bu çarpışma müon ve foton gibi parçacıklardan oluşan küçük bir zincirleme reaksiyon yaratır. İşte bu zincirleme reaksiyon, doğru dedektörler tarafından algılanabilen çok zayıf bir parıltıya neden olur.
KM3NeT, tam da bu tür bir nötrino olayı için tasarlanmış bir dedektör dizisidir. Denizin 3.450 metre altında, güneş ışığının ulaşamadığı bir derinlikte bulunan bu dedektör, karanlık ortamında nötrino olaylarını küçük parıltılar halinde gözlemleyebiliyor.
KM3-230213A'nın tespiti de bu şekilde gerçekleşti. Ancak, on yılı aşkın süredir faaliyette olan ve bu kadar yüksek enerji seviyelerini yakalamayı hedefleyen diğer dedektörlerin benzer bir gözlem yapamaması, bazı soru işaretlerini beraberinde getirmişti. Yapılan analizler, KM3NeT'in gözlemlediği nötrinonun, ultra-yüksek enerjili nötrinoların daha önce gözlemlenmemiş bir örneği olabileceği olasılığını değerlendirdi.
Analizler, bu tür bir olayın gerçekleşme olasılığının düşük olmasına rağmen (yaklaşık %1), şimdiye kadar sadece KM3NeT'te bir gözlem olması ve diğer deneylerde benzer bir veriye ulaşılamamış olmasının bir çelişki yaratmadığını gösteriyor. Üç farklı ölçümün birbiriyle uyumlu olduğu belirtiliyor.
Araştırmacılar ayrıca, KM3-230213A'nın evrendeki nötrino dağılımı ve enerji seviyeleriyle olan ilişkisini de incelediler. 220 PeV enerjili nötrinonun eklenmesi, nötrino davranışlarının tahminlerini daha tutarlı hale getirdi.
Belki de en ilgi çekici olanı ise, analizin KM3-230213A'nın, şimdiye kadar tespit edilen diğer nötrinoların nispeten bilinen oluşum süreçlerine kıyasla, ultra-yüksek enerjili nötrinolar üreten yeni bir bileşen veya sürecin varlığına işaret edip etmediğini araştırmasıdır. Bu, kozmik ışınların 13.8 milyar yıl önce yayılan evrenin ilk ışığı olan kozmik mikrodalga arka planı ile etkileşimi sonucu oluşan "kozmogenik nötrinolar" nedeniyle ultra-yüksek enerjilerde yeni bir bileşenin ortaya çıkması beklenmesiyle ilgilidir. Alternatif olarak, bu durum ultra-yüksek enerjili nötrinolar yayan yeni bir astrofiziksel nesne popülasyonundan kaynaklanabilir.
Ancak, yapılan analiz bu yeni bileşenin varlığını kesin olarak belirleyemedi. Nötrinonun olası kökenleri arasında galaktik merkezlerin aşırı ortamlarından fırlama, patlayan yıldızların yaydığı gama ışını patlamaları veya kozmik mikrodalga arka planı ile etkileşim yer alıyor.
Bilim insanları, nötrinonun Samanyolu galaksisi içinde oluşmuş olma ihtimalinin son derece düşük olduğunu düşünüyor. Dolayısıyla, KM3-230213A, kökeni ne olursa olsun, oldukça uzak ve aşırı koşullara sahip bir yerden doğmuş durumda. Nötrinonun yörüngesini daha hassas bir şekilde belirleyerek köken noktasına yaklaşmayı amaçlayan çalışmalar devam ediyor. Bu nedenle KM3-230213A'nın hikayesinin henüz sonuna gelmediği anlaşılıyor.
Bu analiz, farklı enerji aralıklarında birden fazla teleskobun gözlemlerini birleştirerek ultra-yüksek enerjili nötrino spektrumunu karakterize etmeye yönelik ilk çabayı temsil ediyor. Bu, evrenimizi oluşturan en aşırı nesneler hakkında bilgi edinme konusunda en büyük şansımızdır.
Çalışma, Physical Review X dergisinde yayınlandı.
