Kozmik Işınlar Nedir?

Kozmik ışınlar, dünya dışında üretilen yüksek enerjili parçacıklardır. İçeriğine bakacak olursak %99 oranında atom çekirdeklerinden, %1 oranında serbest elektronlardan oluştuklarını görüyoruz. Ayrıca içeriğinde antiproton ve pozitron gibi antiparçacıklar da bulunuyor. Yapılan çalışmalara göre kozmik ışınların %0.01'i antiparçacıklardan oluşuyor ve bu da galaksimizdeki ve evrendeki madde-antimadde asimetrisini bir kez daha kanıtlıyor. Antimadde ile ilgili daha fazla bilgiyi buradan alabilirsiniz.

Kozmik Işınlar Nasıl Keşfedildi? 

19. yüzyılda Henri Becquerel’in radyoaktiviteyi keşfetmesinden sonra atmosferdeki iyonizasyonun nedeninin dünya kabuğundaki radyoaktif elementler olduğu düşünülüyordu. Ancak 20. yüzyılın başlarında yapılan deneyler sonucu bu radyoaktivitenin yükseklere çıkıldıkça arttığı anlaşıldı. Demek oluyordu ki, atmosferdeki iyonizasyondan Dünya’daki radyoaktif elementler sorumlu değildi.

Bu durumda akla ilk gelen Güneş oluyordu tabii ki; fakat Güneş tutulması sırasında yapılan deneyler sonucu, iyonizasyondan Güneş’in de sorumlu olmadığı anlaşıldı. Bu araştırmayı yapan Avustralyalı bilim insanı Victor Francis Hess 1936 yılında Nobel fizik ödülünü aldı.

Bugün biliyoruz ki kozmik ışınların büyük çoğunluğu süpernova patlamalarında oluşur. Güneş tarafından üretilen kozmik ışınlar da vardır ancak onların enerjisi oldukça düşüktür. Enerjisi çok yüksek olan kozmik ışınlar, diğer galaksilerin merkezinde bulunan kara deliklerden güç alırlar. Bir diğer kozmik ışın kaynağı ise Cygnus X-3 adlı bir gök cismi. Bu gök cisminin bir nötron yıldızı veya mikrokuasar olduğu düşünülmekte ve ultra yüksek enerjili bir kozmik ışın kaynağı olduğu bilinmektedir.

Kutup Fecri

Kozmik ışınlar, büyük ölçüde elektriksel yüke sahip parçacıklardan oluştuğundan Dünya’nın manyetik alanının etkisine kalırlar. Bunun sonucunda da kozmik ışınlar manyetik kutup bölgelerinde çok daha yoğun olur. Bu da kutup ışıkları dediğimiz görsel şöleni meydana getirir. Aurora olarak da bilinen bu ışıklarla ilgili daha fazla bilgiyi buradan alabilirsiniz.

Her ne kadar harika bir doğa olayına neden olsa da kozmik ışınlar, geniş bir enerji yelpazesine sahip yüksek hızlı atom çekirdekleri olmalarından dolayı mikroskobik birer mermi gibi hareket ederler. Öyle ki yapılara ve canlı hücrelere ciddi zararlar verebilirler.

Dünya’nın atmosferi ve manyetik alanı bizi yüksek enerjili birincil kozmik ışınlardan korumaktadır. Birincil kozmik ışınlar, atmosferdeki atomlarla çarpışmaları sonucu enerjileri daha düşük olan ikincil kozmik ışınları oluştururlar. İkincil kozmik ışınların içerisinde yarı ömrü oldukça kısa olan müon gibi parçacıklar bulunmaktadır. Müon elektrondan daha ağır, eksi yüklü bir temel parçacıktır. Müonla yapılan bazı deneyler Einstein’ın özel görelilik kuramının öngördüğü zaman genişlemesi ve Lorentz daralması olaylarını kanıtlar niteliktedir. Kozmik ışınlardaki bu parçacıkların popülasyon analizi bize onların referansları hakkında ipuçları verir.

Kozmik ışınların geldikleri noktayı nasıl saptayabildiğimizi merak ediyor olabilirsiniz. Sonuçta bu yüklü parçacıklar uzaydaki yıldızların ve diğer nesnelerin manyetik alanlarından etkileniyor ve yönlerini değiştiriyorlar. Dünya’ya vardıklarında ise nereden gelmiş olduklarını saptamak zorlaşıyor. Bu sorunu nötrino dediğimiz parçacıklar ile çözüme kavuşturuyoruz. Nötrinolar neredeyse hiç kütlesi ve elektrik yükü olmayan parçacıklardır. Hiçbir madde ile etkileşime girmeden dümdüz ilerlerler. Bu sayede kaynaklarını saptamak kolaylaşır.

Kozmik Işınlar ve C-14

C-14, radyoaktif bir karbon izotopudur. Yarı ömrü 5730 yıl olan karbon-14, kozmik ışınlar nedeniyle oluşur. Bu süreci şöyle açıklayabiliriz: 

Kozmik ışınlar Dünya atmosferi ile etkileşime girdiğinde havadaki atomlardan yüksek enerjili nötron koparırlar. Bu nötronlar, havada bolca bulunan azot atomlarına çarparak onlardan bir proton ayırırlar. Bir proton kaybedip bir nötron kazanan azot atomu, artık 8 nötronu olan bir karbondur. Böylelikle oldukça kararsız olan C-14 atomu oluşur. 

Bu kararsız karbon atomu havada tek başına dolaşmaktansa oksijen atomuyla birleşerek karbondioksiti oluşturur. Bitkiler fotosentezle C-14 içeren karbondioksiti alırlar. Bitkide depolanmış olan karbon-14, onu yiyen canlılara da geçer. Canlı öldüğünde karbon-14 alımı da bitmiştir. Ölü canlıdaki karbon-14 bozunmaya başlar ve azota dönüşüp havaya karışır.

Arkeoloji ve paleontolojide yaş tayini için kullanılan C-14 yöntemi bu özelliklerden yararlanır. Kozmik ışınlar nedeniyle atmosferde karbon-14 üretim oranı neredeyse sabittir. Buna karşılık katı madde içindeki C-14 izotopu 5730 yıllık bir yarı ömür ile bozunmaktadır. Arkeolojik dönem materyalleri içindeki C-14 derişimi atmosferdeki derişimle karşılaştırılarak canlının ne zaman öldüğü bulunabilir.

Sonuç olarak, neredeyse pek çok yerde karşımıza çıkan kozmik ışınlar, bu sonsuz evrenin bir parçası olduğumuzu bize tekrar hatırlatıyor ve çok uzaklardan mesajlar getirmeye devam ediyorlar. Tek yapmamız gereken onlara kulak vermek ve hikayelerini dinlemek...