Який промінь? Суперечливі дані про високоенергетичні космічні промені не дозволяють визначити їх джерело

версія для друку
03.09.2010 Який промінь? Суперечливі дані про високоенергетичні космічні промені не дозволяють визначити їх джерело

30 серпня 2010

Зображення: Схема зіткнення космічного променю з атмосферою Землі над Південною обсерваторією космічних променів П'єр Оже в Аргентині, де детектори слідкують за частинками в повітрі і частинками, що досягають Землі.

Природа, безумовно, вміє творити дива, які перевершують будь які плоди людської винахідливості. Вже давно відомо, що екстремальні астрофізичні об'єкти можуть прискорювати частинки, що входять до складу космічних променів до таких енергій, що Великий адронний колайдер на їх тлі виглядає як дитяча рогатка. Гігантський колайдер під Женевою в Швейцарії, який знову почав працювати в 2009 році, після невдалого запуску в попередньому році, в кінцевому рахунку, зможе прискорювати протони до енергій в 7 трлн. електрон-вольт (еВ). Для порівняння, в деяких випадках протони космічних променів врізалися в Землю з енергією більшою в десятки мільйонів разів. Один протон може мати таку ж силу, як бейсбольний м’яч кинутий з швидкістю 60 миль на годину. (Для технічно схильних, деякі космічні промені мають енергії, які перевищують 1020 еВ.)

Ці частки не долітають до поверхні планети. Замість цього, при попаданні в атмосферу, вони розпадаються на дощ менш енергійних часток. З цих уламків, астрофізики намагаються визначити конкретне джерело цих швидкісних космічних виродків. У 2007 році група учених, які представляли Південну обсерваторію космічних променів П'єр Оже (the Pierre Auger Cosmic Ray Observatory South), масивний детектор космічних променів в Аргентині, повідомили, що шлях прибуття високоенергетичних частинок корелює з розташуванням активних ядер галактик, яскравих областей у центрах інших галактик, які живляться енергією чорних дірок. Це означає, що високоенергетичні частки потрапляють в Чумацький Шлях завдяки прискорювачам з інших частин Всесвіту. Але деякі деталі спостережень залишаються незрозумілими, і подальші спостереження надвисокоенергетичних рідкісних подій зменшили їх кореляцію з активними ядрами галактик.

Тепер дослідження засновані на даних з того ж експерименту вказують на те, що вибухові події ближче до дому, але сотні тисяч років у минулому, також можуть бути джерелом таких часток. Згідно зі статтею, опублікованою 27 серпня в журналі Physical Review Letters, зоряні вибухи у Чумацькому Шляху можуть викидати високоенергетичні частинки в міжзоряний простір, де вони ганяють навколо, обмежені тільки магнітним полем Галактики, поки не зіштовхуються з Землею або якимось іншим небесним тілом.

Гіпотеза випливає з натяків складності космічних променів, які надаються обсерваторією (названою в честь французького фізика 20-го століття), до складу якої входять 1600 детекторів, які охоплюють 3000 квадратних кілометрів. Яка така додаткова складність? - Енергійні космічні промені можуть бути не просто протонами, а атомними ядрами. "Люди завжди думали, що високоенергетичні космічні промені, це протони, а не ядра", говорить співавтор дослідження Олександр Кусенко, фізик з університету Каліфорнії в Лос-Анджелесі. "Але П'єр Оже, отримує результати, які показують, що в більш високо енергійних подіях, фігурує більше ядер".

На відміну від більш фундаментальних протонів, очікується, що атомні ядра не пережили б довгий шлях через міжгалактичний простір не дисоціюючись в протони і нейтрони. "Вони не повинні прилітати до нас з дуже далеких джерел", каже Кусенко. Але ці космічні промені, здається, не летять від центру Чумацького Шляху, як слід було б очікувати, якщо частинки виникли в нашій Галактиці.

Автори дослідження запропонували, що високоенергетичні ядра могли викинутись у Чумацький Шлях давним давно під час драматичних вибухів зірок, відомих як гамма-сплески (ГС). "Вони трапляються в інших галактиках, тому вони мають іноді відбуватися в нашій галактиці, десь раз або 10 разів на мільйон років", говорить Кусенко. За роки, минувші між ГС і досягненням Землі прискореним ядром, шлях космічного променю через галактику був би таким довгим і хаотичним, що місце його утворення було б практично неможливо визначити.

По суті справи, місцеві ГС можуть пояснити і нібито випадковість траєкторії космічних променів при вході в атмосферу і також зростаючий внесок масивних ядер при високих енергіях. "Один ефект вбиває двох зайців одним пострілом", каже Кусенко.

Але результати іншої провідної обсерваторії космічних променів свідчать про те, що може не існувати два зайці яких можна вбити. На відміну від результатів П'єра Оже, детектор High Resolution Fly's Eye (HiRes), який працював до 2006 року, не виявив значного ядерного компоненту у найвисокоенергетичніших космічних променів. "Це і є суттю неузгодження, ми бачимо щось, що відповідає протонам," говорить П'єр Сокольські з HiRes, фізик з Університету штату Юта, де знаходився HiRes.

Ні П'єр Оже, ні HiRes не можуть дозволити собі розкоші великої кількості зразків високоенергетичних космічних променів. Фізику, який має один квадратний кілометр детекторів, можливо, доведеться чекати 100 років, щоб уловити одну таку подію. Що більше даних отримають П'єр Оже і наступник HiRes, Телескопічна установа (the Telescope Array) біля міста Хінклі, в штаті Юта, в якому бере участь Сокольські, тим скоріше проясниться склад високоенергетичних космічних променів, будь вони чисто протонами або в суміші з ядрами. Це, у свою чергу, допоможе прояснити джерела або джерело, таких космічних куль. І якщо розбіжність не буде вирішено за допомогою даних з обсерваторії П'єра Оже в Аргентині, детектору HiRes і Телескопічної установи в штаті Юта, тоді астрофізикам доведеться пояснити загадкову дихотомію півкуль. "Це було б дуже цікаво", каже Сокольські.

"Якщо я був би теоретиком, я б дочекався поки трохи вляжеться пил, говорить він. "Я можу поставити дві пляшки найкращого вина на те, що з часом ці ядра зникнуть".

Автор:  Джон Матсон
Адреса джерела:  http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=cosmic-ray-uhecr
Джерело:  Scientific American
Показів: 649


Текст повідомлення*
Захист від автоматичних повідомлень
 
 
найпопулярніші статті
12.06.2008 Випробування Антарктидою
автор: Роман Кабачій
переглядів: 6589
відвідуваність
Розташування відвідувачів сайту