Yıldırımdan kaynaklanan X-ışını parlamaları için eşik, simülasyonlarla belirlenir

Yıldırımdan kaynaklanan X-ışını parlamaları için eşik, simülasyonlarla belirlenir

Zaman Damgası: 9 Mayıs 2023 9:26

Yıldırım araştırmacıları
Yıldırım araştırmacıları: Reza Janalizadeh (solda) ve Victor Pasko, X ışınlarının yıldırım tarafından nasıl oluşturulduğuna dair bilgisayar simülasyonları yaptılar. (Nezaket: Jeff Xu/Penn State)

ABD, Fransa ve Çek Cumhuriyeti'ndeki araştırmacılar, yıldırım çarpması sırasında X-ışını ışıklarının nasıl üretildiğine dair yeni bilgiler elde etti. Bilgisayar simülasyonlarını kullanan bir ekip, Victor Pasko Penn State Üniversitesi'ndeki bir çalışma, yıldırım öncüsü tarafından üretilen elektrik alanlarının minimum eşiğinde, flaşlardan sorumlu elektron çığlarının nasıl tetiklendiğini gösterdi. Bu keşif, laboratuvarda X-ışınları üretmek için yeni tekniklerin geliştirilmesine yol açabilir.

Karasal gama ışını flaşları (TGF'ler), Dünya atmosferindeki kaynaklardan yüksek enerjili fotonların emisyonunu içerir. Gama ışını terimi kullanılırken, fotonların çoğu elektronların hızlanmasıyla yaratılır ve dolayısıyla X ışınlarıdır.

Bu X-ışınları megaelektronvolt enerji aralığında yayılır ve yaratılmaları yıldırımla yakından ilişkilidir. TGF'ler nadir ve inanılmaz derecede kısa olmasına rağmen, artık uzaydan gelen gama ışınlarını tespit eden cihazlar tarafından düzenli olarak gözlemleniyorlar.

Uzay teleskopları

Pasko, "TGF'ler 1994 yılında NASA'nın Compton Gama Işını Gözlemevi tarafından keşfedildi" diye açıklıyor. "O zamandan bu yana, NASA'nın Fermi Gama-ışını Uzay Teleskobu da dahil olmak üzere diğer birçok yörünge gözlemevi bu yüksek enerji olaylarını yakaladı."

İlk keşiflerinin ardından TGF'lerin kökenleri, "yıldırım liderlerinin" yoğun elektrik alanları tarafından hava moleküllerinden serbest bırakılan elektronlara bağlandı. Bunlar, negatif yüklü bulut tabanı ile pozitif yüklü zemin arasında oluşan iyonize hava kanallarıdır. Adından da anlaşılacağı gibi, yıldırım liderlerinin yaratılışını kısa süre sonra yıldırım deşarjları takip ediyor.

Bu elektronlar bir yıldırım liderinde serbest kaldıktan sonra, elektrik alanı tarafından hızlandırılırlar ve daha fazla elektronun serbest bırakılması için moleküllerle çarpışırlar. Bu süreç, Pasko'nun "elektron çığı" olarak tanımladığı şekilde çok hızlı bir şekilde daha fazla elektron yaratarak devam ediyor.

İyonlaştırıcı X-ışınları

Elektronlar moleküllerle çarpıştıkça elektronların kaybettiği enerjinin bir kısmı X-ışınları şeklinde yayılır. Bu X-ışınları, elektron çığının izlediği yol da dahil olmak üzere her yöne doğru hareket eder. Sonuç olarak, X ışınları çığın yukarısında daha fazla molekülü iyonize edebilir, daha fazla elektron serbest bırakabilir ve TGF'leri daha da parlak hale getirebilir.

2000'li yılların başında bu ilk model tasarlandıktan sonra araştırmacılar, davranışı bilgisayar simülasyonlarında yeniden yaratmaya çalıştılar. Ancak şu ana kadar bu simülasyonlar, gerçek yıldırım çarpmalarında gözlemlenen TGF'lerin boyutlarını yakından taklit etmeyi başaramadı.

Pasko ve meslektaşları, bu başarı eksikliğinin, genellikle birkaç kilometre çapındaki bölgeleri modelleyen bu simülasyonların nispeten büyük boyutlarıyla ilgili olduğuna inanıyor. Bununla birlikte, bu son çalışma, TGF'lerin tipik olarak yıldırım liderlerinin uçlarını çevreleyen oldukça kompakt bölgelerde (boyutları 10-100 m arasında değişen) oluştuğunu göstermektedir. Şimdiye kadar bu kompaktlığın nedenleri büyük ölçüde bir sır olarak kaldı.

Minimum eşik

Araştırmacılar, çalışmalarında TGF'lerin yalnızca yıldırım liderinin elektrik alanının gücünün minimum eşik değerini aştığında oluştuğunu varsaydılar. Pasko ve meslektaşları, uzayın daha kompakt bölgelerini simüle ederek bu eşiği belirlemeyi başardılar. Dahası, bu şekilde üretilen TGF'ler gerçek gözlemlerle önceki simülasyonlardan çok daha yakından eşleşti.

Pasko ve meslektaşları gelecekteki simülasyonların TGF elektron çığ mekanizmasını çok daha yakından taklit edebileceğini ve potansiyel olarak laboratuvarda X-ışınları üretmek için yeni tekniklere yol açabileceğini umuyorlar. Pasko, "Elektrotların varlığında, aynı amplifikasyon mekanizması ve X-ışını üretimi, katot malzemesinden kaçak elektronların oluşmasını içerebilir" diye açıklıyor.

Sonuçta bu, gazlardaki kontrollü elektrik deşarjları yoluyla X ışınlarının nasıl üretilebileceğine dair daha derin anlayışlara yol açabilir. Bu, kompakt, yüksek verimli X-ışını kaynaklarına yol açabilir. Pasko şu sonuca varıyor: "Küçük deşarj hacimlerinden gelişmiş X-ışını üretimine yol açacak gaz basıncı rejimleri ve bileşimlerinin yanı sıra farklı elektrot malzemelerinin keşfedilmesi için birçok yeni ve ilginç araştırma bekliyoruz."

Çalışma şurada anlatılıyor Jeofizik Araştırma Mektupları.

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası