Kusagil kaugel universumis lõhkeb täht ja algab kaskaad.
Energia ja väikesed aineosakesed eemalduvad õitsvast supernoovast igas suunas. Need põrkavad planeete ja teisi tähti ja satuvad tähtedevahelisse meediasse ning mõni väike osa neist jõuab Maale.
Need on primaarsed kosmilised kiired, valgusekiired ja kummituslikud subatomaarsed osakesed, mida nimetatakse neutriinodeks, mille teadlased tuvastavad peenete teleskoopide abil ja lõunapooluse jää alla maetud kummalise, endiselt detektoriga. Neid saabub torrent igast suunast korraga, kuna tähed surevad kogu universumis.
Kuid need pole ainsad kosmilised kiired. On veel üks tüüp, mida on raskem tuvastada ja mis on salapärane.
Kui primaarsed kosmilised kiired põrkuvad tähtedevahelise meediaga - tähtede vahel tundmatute ja kättesaamatute asjadega -, tuleb meedium ellu, saates oma laetud osakeste voog kosmosesse, ütles Massachusettsi tehnoloogiainstituudi füüsikaprofessor Samuel Ting, kes võitis. Nobeli preemia 1976. aastal esimese imeliku uue osakeste klassi avastamise eest, mis koosnes nii mateeriast kui ka antimaterjalist kvarkidest.
Ja uues artiklis, mis ilmus 11. jaanuaril ajakirjas Physical Review Letters, on Ting ja tema kolleegid kaardistanud täpsemalt, mis need osakesed on ja kuidas nad käituvad. Täpsemalt kirjeldasid teadlased Maa atmosfääri sattuvate liitiumi-, berülliumi- ja boorituumaosakeste laetusi ja spektreid - tuginedes varasematele tulemustele, mis kirjeldasid heeliumi, süsiniku ja hapnikukiirte laetusi ja spektreid.
"Nende uurimiseks peate panema kosmosesse magnetseadme, sest 100 kilomeetri atmosfäär neelab laetud kosmilisi kiiri," rääkis Ting Live Science'ile.
Selle paberi tulemused on rohkem kui kahe aastakümne pikkuse töö kulminatsioon, mis pärineb kohtumisest 1994. aasta mais, kui Ting ja mitmed teised füüsikud käisid NASA toonase administraatori Daniel Goldini juures. Eesmärk: veenda Goldinit panema magnetilisus rahvusvahelisele kosmosejaamale (ISS), mille ehitust alustatakse neli aastat hiljem, 1998. aastal. Ilma magnetita läbiksid kosmilised osakesed sirgjooneliselt kõik detektorid, andes mitte teavet nende omaduste kohta, ütles Ting.
Goldin "kuulas tähelepanelikult," ütles Ting. "Ta ütles, et see on kosmosejaama jaoks hea katseidee. Kuid keegi pole kunagi magnetit kosmosesse pannud, sest kosmoses olev magnet - kuna see interakteerub Maa magnetväljaga - tekitab pöördemomendi ja kosmosejaam kaotab kontrolli . See on täpselt nagu magnetiline kompass. "
ISS-i taevast väänamise vältimiseks ehitasid Ting ja tema kaastöötajad Alpha magnetilise spektromeetri (AMS): osakeste detektori, mis on sama täpne kui Fermilab ja CERN, kuid miniaturiseeritud ja asetatud õõnes magnetilisse torusse. Kriitiliselt on toru kahel poolel pööratud polaarsus, nii et need pöörlevad kosmosejaama vastassuundades, kustutades üksteise välja, ütles Ting.
Aastal 2011 sõitis AMS kosmosesüstikul Endeavour, mis oli selle käsitöö teine kuni viimane missioon. Ja suurema osa viimase kümnendi jooksul on AMS tuvastanud vaikselt 100 miljardit kosmilist kiirt.
Lõpuks loodavad Ting ja tema meeskond kasutada neid andmeid väga konkreetsetele küsimustele universumi kohta, ütles ta. (Ehkki see võib vastata ka igapäevasematele küsimustele, näiteks millised osakesed võivad astronaute Marsile suunata.)
"Inimesed ütlevad:" tähtedevaheline meedia ". Mis on tähtedevaheline meedia? Mis on vara? Keegi tegelikult ei tea," sõnas Ting. "Üheksakümmend protsenti universumis olevast ainest te ei näe. Ja seetõttu nimetate seda tumeaineks. Ja küsimus on järgmine: mis on tume aine? Nüüd selleks peate mõõtma väga täpselt positronid, antiprotoonid, anti - heelium ja kõik need asjad. "
Ting ütles, et sekundaarsetesse kosmilistesse kiirtesse saabuvate mateeria ja antimaterjali hoolika mõõtmise abil loodab ta pakkuda teoreetikutele vahendeid, mida on vaja universumis nähtamatu aine kirjeldamiseks - ja selle kirjelduse kaudu selgitada välja, miks universum on mateeriast tehtud kõik, ja mitte antimaterjal. Paljud füüsikud, sealhulgas Ting, usuvad, et tume aine võib olla selle probleemi lahendamisel võtmetähtsusega.
"Alguses peab olema võrdses koguses ainet ja antimaterjali. Niisiis, küsimused: Miks ei moodustata universumit antimaterjalist? Mis juhtus? Kas on olemas heeliumi vastane? Süsinikuvastane? Hapnikuvastane? Kus kas nad on? "
Live Science pöördus mitmete tumeainega tegelevate teoreetikute poole, et arutada Tingi tööd ja seda paberit, ning paljud hoiatasid, et AMSi tulemused pole sellel teemal veel kuigi palju valgust andnud - peamiselt seetõttu, et instrument on veel kosmosevarude kindlaid mõõtmisi teinud antimaterjal (kuigi varaseid tulemusi on olnud vähe paljutõotavaid).
"See, kuidas kosmilised kiired moodustuvad ja levivad, on põnev ja oluline probleem, mis võib aidata meil mõista tähtedevahelisi keskmise ja potentsiaalselt isegi suure energiaga plahvatusi teistes galaktikates," kirjutas Põhja-Carolina osariigi ülikooli astrofüüsik Katie Mack meilis, lisades et AMS on selle projekti kriitiline osa.
Võimalik, et AMS osutab olulisemaid, tõestatud antimaterjalide tulemusi, ütles Mack, või et mateeriatuvastused - nagu need, mida käesolevas dokumendis kirjeldatakse - aitavad teadlastel vastata tumeaine küsimustele. Kuid seda pole veel juhtunud. "Kuid tumeaine otsingu jaoks," ütles naine Live Scienceile, "kõige olulisem on see, mida eksperiment võib meile antimaterjali kohta öelda, sest see on tumeaine, mis hävib aine-antimaterjali paaridesse, see on võtmesignaali otsitakse. "
Tingi sõnul on projekt sinna jõudmas.
"Mõõdame postroneid. Ja spekter sarnaneb väga sarnaselt tumeda aine teoreetilise spektriga. Kuid kinnitamiseks on vaja rohkem statistikat ja määr on väga madal. Niisiis, peame lihtsalt ootama paar aastat," ütles Ting.
