Kujutise krediit: NASA
Astronoomid usuvad, et gammakiirguse purunemised, Universumi võimsaimad plahvatused, võivad tekitada ülikõrge energiaga kosmilisi kiirte, kõige energilisemaid osakesi Universumis. NASA orbiteeritud Comptoni gammakiirguse vaatluskeskuse kogutud tõendid näitasid, et ühel gammakiirguse purunemise korral domineerisid need suure energiatarbega osakesed nende vahelist ühendust pakkuvas piirkonnas, kuid see on vaevalt piisav tõendusmaterjal, et öelda, et nad on lõplikult seotud .
NASA Comptoni gammakiirguse vaatluskeskuse vaatluste uue analüüsi kohaselt võivad universumi võimsaimad plahvatused, gammakiirgus puruneda, tekitada universumi kõige energilisemaid osakesi, mida nimetatakse ülikõrge energiaga kosmilisteks kiirteks (UHECR).
Teadlased teatavad ajakirja Nature 14. augusti väljaandes nendest mõistatuslikest purunemistest lähtuvalt äsja tuvastatud mustrist, mida saab seletada prootonitega, mis liiguvad juuste valguse laiuses.
Need prootonid, nagu plahvatuse käigus tekkinud šrapnel, võivad olla UHECR-id. Sellised kosmilised kiired on haruldased ja moodustavad astrofüüsikas püsiva mõistatuse, näiliselt trotsides füüsilist seletust, sest need on lihtsalt liiga energilised, et neid tekitaksid sellised tuntud mehhanismid nagu supernoova plahvatused.
"Kosmilised kiired" ununevad "nende päritolust, sest erinevalt valgusest on neid magnetvälja abil kosmoses vahustatud," ütles juht-autor Maria Magdalena Gonzalez New Mexico Los Alamose rahvuslaborist ja Wisconsini ülikooli kraadiõppur. "See tulemus on põnev võimalus näha tõendeid nende tekitamise kohta nende tekkekohas."
Gammakiirguspursked - müsteeriumiteadlased hakkavad lõpuks lahti harutama - võivad särada sama hiilgavalt kui miljon triljonit päikest ja paljud võivad pärineda ebatavaliselt võimsa plahvatusliku tähe tüübist. Purunemised on tavalised, kuid juhuslikud ja põgusad ning kestavad vaid sekundeid.
Kosmilised kiired on aatomi osakesed (näiteks elektronid, prootonid või neutriinod), mis liiguvad valguse kiiruse lähedal. Madalama energiahulgaga kosmilised kiired pommitavad Maad pidevalt, neid ajavad edasi päikesekiirgused ja tüüpilised täheplahvatused. UHECR-id, iga aatomiosaga, mis kannavad Suurliigadesse visatud pesapalli energiat, on sada miljonit korda energilisemad kui osakesed, mis on toodetud suurimates inimtekkelistes osakestekiirendites.
Teadlaste sõnul tuleb UHECR-id genereerida suhteliselt lähedal Maale, sest kõik kaugemad kui 100 miljonit valgusaastat liikuvad osakesed kaotaksid meie jõudmiseks ajaks osa oma energiast. Kuid ükski tavaliste kosmiliste kiirte allikas ei tundu UHECR-i tekitamiseks piisavalt võimas.
Gonzalezi juhitud paber ei keskendu konkreetselt UHECR-i tootmisele, vaid pigem uuele valguse mustrile, mida on näha gammakiirguse purunemisel. Kaevates sügavale Comptoni observatooriumi arhiivi (missioon lõppes 2000. aastal), leidis grupp, et 1994. aastast pärit gammakiirguse purunemine, nimega GRB941017, näib erinevat teistest 2700-st sellest kosmoselaevaga registreeritud mõnest purskest. See purske asus Sagitta tähtkuju suunas - Nool, arvatavasti kümne miljardi valgusaasta kaugusel.
Need, mida teadlased gammakiirteks nimetavad, on footonid (valgusosakesed), mis katavad mitmesuguseid energiaid, tegelikult üle miljoni korra laiemad kui need energiad, mida meie silmad registreerivad vikerkaare värvidena. Gonzalezi grupp vaatas kõrgema energiaga gammakiirguse footoneid. Teadlased leidsid, et purunemises domineerisid seda tüüpi footonid: Need olid keskmiselt vähemalt kolm korda võimsamad kui madalama energiatarbimisega komponendid, üllataval kombel aga umbes 100 sekundi jooksul tuhandeid kordi võimsamad.
See tähendab, et kuigi satelliidi detektoritesse jõudva madalama energiaga footonite voog hakkas leevenema, püsis kõrgema energiaga footonite voog ühtlane. See järeldus on vastuolus populaarseima sünkrotroni šokimudeliga, mis kirjeldab kõige rohkem purke. Mis seletaks seda kõrgema energiaga footonite rikastamist?
"Üks seletus on see, et vastutavad ülikõrge energiaga kosmilised kiired, kuid täpselt see, kuidas nad gammakiirte energiamallidega loovad, nõuab palju arvutamist," ütles dr Brenda Dingus LANL-ist, kaasautor paberile. "Hoiame mõned teoreetikud hõivatud, et seda välja mõelda."
Äärmiselt kõrge energiaga elektronide hilinenud süstimine on veel üks viis GRB 941017-s täheldatud ootamatult suure suure energiaga gammakiirguse voolu selgitamiseks. Kuid see selgitus eeldaks standardse purskemudeli ülevaatamist, ütles kaasautor dr Charles Dermer, teoreetiline astrofüüsik USA mereväe uurimislaboris Washingtonis. "Mõlemal juhul näitab see tulemus uut protsessi, mis toimub gammakiirguspursketes," ütles ta.
100 miljoni valgusaasta kaugusel Maalt pärinevaid gammakiirguse purunemisi pole tuvastatud, kuid eoonide kaudu võisid seda tüüpi plahvatused toimuda kohapeal. Kui jah, siis Dingus ütles, et tema grupi GRB 941017 nägi mehhanism oleks võinud dubleerida kodu lähedal, piisavalt lähedal, et varustada UHECR-e, mida me täna näeme.
Teised Comptoni observatooriumi arhiivis olevad purunemised võisid sarnast moodustada, kuid andmed ei ole lõplikud. NASA gammakiirguse kosmoseteleskoobis (GLAST), mis plaanitakse käivitada 2006. aastal, on detektorid, mis on piisavalt võimsad, et lahendada suurema energiaga gammakiirguse footonid ja lahendada see mõistatus.
Loodusraporti kaasautoriteks on ka doktorikraad. kraadiõppur Yuki Kaneko, dr Robert Preece ja dr Michael Briggs Alabama ülikoolist Huntsville'is. Seda uuringut rahastasid NASA ja mereväe uuringute büroo.
UHECR-e täheldatakse, kui nad satuvad meie atmosfääri, nagu on näidatud joonisel. Kokkupõrkest eralduv energia tekitab spetsiaalsete instrumentide abil miljardeid subatomaatiliste osakeste õhku ja ultraviolettvalguse välku.
Riiklik teadusfond ja rahvusvahelised kaastöötajad on kohapeal spondeerinud selliseid vahendeid nagu kõrglahutusega kärbesilm Utahis (http://www.cosmic-ray.org/learn.html) ja Augeri vaatluskeskus Argentinas (http: / /www.auger.org/). Lisaks teeb NASA koostööd Euroopa Kosmoseagentuuriga, et paigutada Rahvusvahelise Kosmosejaama äärmusliku universumi kosmosevaatluskeskus (http://aquila.lbl.gov/EUSO/). Kavandatav OWL-i missioon näeks orbiidilt allapoole õhutulede suunas, vaadates sama suurt piirkonda kui Texas.
Need teadlased registreerivad välgud ja loendavad subatomaatilist šrapnelli, töötades tagasi, et arvutada, kui palju energiat üks osake atmosfääri kaskaadi valmistamiseks vajab. Nad jõuavad šokeeriva väärtuseni 10 ^ 20 elektronvolti (eV) või rohkem. (Võrdluseks - kollase valguse osakese energia on 2 eV ja teie teleritoru elektronid on tuhande elektrivoldi energiavahemikus.)
Need ülikõrge energiaga osakesed kogevad veidraid efekte, mida ennustas Einsteini spetsiaalne relatiivsusteooria. Kui saaksime neid jälgida kosmose kaugest nurgast, st saja miljoni valgusaasta kaugusel, peaksime olema kannatlikud - teekonna lõpuleviimine võtab sada miljonit aastat. Kuid kui me saaksime osakestega reisida, on reis kiiresti liikuvate objektide aja pikenemise tõttu vaatleja poolt mõõdetud vähem kui päevaga möödas.
Kõrgeima energiaga kosmilised kiired ei jõua isegi kaugetest allikatest toodetud meieni, sest need põrkavad kokku ja kaotavad energia suurest paugust järelejäänud kosmiliste mikrolainefotoonidega. Nende kosmiliste kiirte allikad tuleb leida meile suhteliselt lähedal, mitmesaja miljoni valgusaasta kaugusel. Selle vahemaa tagant leitakse tähed, mis plahvatavad gammakiirguse purunemisena, seetõttu on käimas intensiivsed vaatlused gammakiirguse purunemise jäänuste leidmiseks, mida eristavad kosmiliste kiirte poolt tekitatud kiirgushaloogid.
Vähestel taevaobjektidel on ekstreemsed tingimused, mis on vajalikud osakeste lõhkamiseks UHECR-kiirusele. Kui gammakiirguspursked tekitavad UHECR-sid, kiirendavad nad seda tõenäoliselt plahvatusest väljunud ainejoakestes osakeste kiirendamisel valguse kiiruse lähedal. Gammakiirguspursketel on kiire UHECR-i kiirendada, kuid seni täheldatud gammakiirguspursked on olnud kauged, miljardite valgusaastate kaugusel. See ei tähenda, et neid ei saaks juhtuda läheduses, UHECR-i piiril.
Juhtiv pretendent pikaealiste gammakiirguspursete korral, näiteks GRB941017, on supernoova / kollasaari mudel. Supernoovad juhtuvad siis, kui täht, mis on mitu korda massiivsem kui Päike, ammendab oma kütuse, põhjustades tuuma varisemise oma gravitatsiooni mõjul, samal ajal kui selle väliskihid puhutakse tohutul hulgal tuumaplahvatusel. Kollapserid on spetsiaalne supernoova tüüp, kus tuum on nii massiivne, et see variseb mustaks auguks - objekt on nii tihe, et miski, isegi mitte kerge, ei pääseks raskusjõust musta augu sündmuste horisondi piires. Vaatluste kohaselt on mustad augud lohakad sööjad, väljutades materjali, mis läheb nende sündmuse horisondi lähedalt mööda, kuid ei ületa seda.
Kollaris moodustab tähe tuum vastloodud musta augu ümber materjali ketta, nagu vesi, mis keerleb ümber äravoolu. Must auk kulutab suurema osa kettast, kuid mõni asi puhutakse musta augu postide juurest sisse. Düüsid rebivad läbi variseva tähe valguse kiiruse lähedal ja torkavad seejärel läbi hukule määratud tähe ümbritseva gaasi. Kui düüsid satuvad tähtedevahelisse keskkonda, tekitavad need lööklaineid ja aeglustuvad. Düüsides tekivad ka sisemised löögid, kuna nende esiservad aeglustuvad ja neid kiirgab tagant kiire ainevool. Löögid kiirendavad gammakiiri tekitavaid osakesi; samuti võiksid nad meeskonna sõnul osakesi kiirendada UHECR-kiirusele.
"See on nagu pinginaabri palli põrutamine mõla ja laua vahel," ütles Dingus. “Kui liigutate aeru lauale lähemale, põrkub pall aina kiiremini. Gammakiirguspurske korral on mõla ja laud joast välja visatud kestad. Turbulentsed magnetväljad sunnivad osakesi kestade vahele rikošeeerima, kiirendades neid peaaegu valguse kiiruseni enne, kui nad UHECR-idena lahti saavad. ”
Neutriinode tuvastamine gammakiirguspursketest annaks võimaluse kosmilise kiirkiirenduse tekitamiseks gammakiirguspursketega. Neutriinod on raskesti ligipääsetavad osakesed, mis tekivad kõrge energiaga prootonite kokkupõrkel footonitega. Neutrinodel pole elektrilaengut, nii et osutage ikkagi oma allika suunale.
Riiklik teadusfond ehitab praegu lõunapooluse all olevas jääs asuvat kuupkilomeetri detektorit IceCube (http://icecube.wisc.edu/), et otsida gammakiirguse purunemistest neutriinoemissiooni. Looduse kõrgeima energiaga osakeste kiirendite omadused jäävad siiski kestvaks müsteeriumiks, ehkki gammakiirte purskeid põhjustavate plahvatusohtlike tähtede kiirendus on alati olnud soosiv, sest Mario Vietri (Universita di Roma) ja Eli Waxman (Weizmanni instituut) seda välja pakkusid. aastal 1995.
Meeskond usub, et kuigi selle vaatluse jaoks on võimalikud muud seletused, on tulemus kooskõlas UHECR-i kiirendusega gammakiirguspursketes. Nad nägid GRB941017 plahvatuses nii madala energia kui ka kõrge energiaga gammakiiri. Madala energiatarbega gammakiired on need, mida teadlased ootavad kiirete elektronide intensiivsete magnetväljade kõrvalekaldumisel, samas kui suure energiatarbega kiired on eeldatavad, kui mõni plahvatuse ajal tekkinud UHECR satub teistesse footonitesse, tekitades osakeste dušši , millest mõned vilguvad suure energiaga gammakiirguse lagunemisel.
Samuti on oluline gammakiirguse kiirguse ajastamine. Madala energiatarbega gammakiired kaovad suhteliselt kiiresti, kõrge energiaga gammakiired aga kõikusid. See on mõistlik, kui kaks erinevat osakeste klassi - elektronid ja UHECR-i prootonid - vastutavad erinevate gammakiirte eest. „Elektronidel on palju lihtsam kui prootonitel oma energiat kiirgada. Seetõttu oleks madala energiaga gammakiirte emissioon elektronidest lühem kui prootonite suure energiaga gammakiirte korral, “ütles Dingus.
Comptoni gammakiirguse vaatluskeskus oli NASA suurtest vaatluskeskustest teine ja gammakiir samaväärne Hubble'i kosmoseteleskoobi ja Chandra röntgenikiirguse vaatluskeskusega. Compton toodi kosmosesüstiku Atlantis pardale 1991. aasta aprillis ja oli 17-tonnise kaaluga suurim astrofüüsikaline kasulik koormus, mis sel ajal kunagi lendas. Pärast teedrajava missiooni lõppu asustati Compton ja ta naasis Maa atmosfääri 4. juunil 2000.
Algne allikas: NASA pressiteade
