Μυστηριώδεις κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας παζλ αστρονόμων – Physics World

Εντοπίστηκε ένα σωματίδιο κοσμικής ακτίνας με ενέργεια περίπου 36 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τα σωματίδια που επιταχύνθηκαν από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN. Στα 244 EeV, αυτό είναι ένα από τα πιο ενεργητικά σωματίδια που έχουν παρατηρηθεί ποτέ και εντοπίστηκε το 2021 από το Telescope Array στη Γιούτα. Ενώ η κοσμική ακτίνα υπερυψηλής ενέργειας (UHECR) πιθανότατα δημιουργήθηκε από μια βίαιη αστροφυσική διαδικασία, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να την εντοπίσουν πίσω στην προέλευσή της.

Οι ερευνητές ονόμασαν το σωματίδιο Amaterasu, το οποίο είναι η θεά του Ήλιου στην ιαπωνική μυθολογία. Το τρέχον ενεργειακό ρεκόρ για ένα UHECR είναι 320 EeV, το οποίο κατέχει το σωματίδιο «Oh-My-God», το οποίο ανιχνεύθηκε το 1991 στη Γιούτα από έναν προκάτοχο της Συστοιχίας Τηλεσκοπίων.

Τα UHECR είναι υποατομικά σωματίδια όπως τα πρωτόνια που έχουν ενέργειες μεγαλύτερες από 1 EeV (10¹⁸ eV). Ενώ φαίνεται να προέρχονται από έξω από τον Γαλαξία μας, η προέλευσή τους εξακολουθεί να είναι ελάχιστα κατανοητή λόγω της σπανιότητας της παρατήρησής τους στη Γη.

Κοσμική αποκοπή

Στην αναζήτηση της προέλευσης των UHECR, οι αστρονόμοι επωφελούνται από ένα φαινόμενο που ονομάζεται αποκοπή Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). Αυτό συμβαίνει επειδή τα UHECR με ενέργειες πάνω από περίπου 60 EeV αλληλεπιδρούν με το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων καθώς ταξιδεύουν στο διάστημα – χάνοντας ενέργεια καθώς προχωρούν. Αυτό σημαίνει ότι τα σωματίδια σε αυτές τις υψηλότερες ενέργειες δεν μπορούν να έχουν ταξιδέψει περισσότερο από 300 εκατομμύρια έτη φωτός πριν φτάσουν στη Γη.

Παρά αυτή την αποκοπή, το διεθνής ομάδα που εντόπισε το Amaterasu δεν είναι σοφότερος για την προέλευση του σωματιδίου, σύμφωνα με Toshihiro Fujii του Μητροπολιτικού Πανεπιστημίου της Οσάκα της Ιαπωνίας – ο οποίος ήταν ο πρώτος που παρατήρησε στοιχεία του UHECR σε δεδομένα Τηλεσκοπικής Συστοιχίας.

«Βρήκαμε αυτό το νέο μυστήριο», είπε, επισημαίνοντας ότι το σωματίδιο δεν συσχετίζεται με κανένα γνωστό αστροφυσικό αντικείμενο. Γράφοντας στο περιοδικό Επιστήμη, η ομάδα προτείνει πολλές πιθανές προελεύσεις για το Amaterasu.

Σκοτάδι και φως

Κοιτάζοντας μέσα στην αποκοπή GZK και υποθέτοντας ότι το σωματίδιο εκτραπεί από το μαγνητικό πεδίο του Γαλαξία, μια πιθανή προέλευση είναι ο γαλαξίας NGC 6946. Αυτός είναι περίπου 25 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά και είναι γνωστός για τον εκπληκτικό σχηματισμό άστρων και τους πολυάριθμους σουπερνόβα. Ωστόσο, οι αστρονόμοι δεν έχουν παρατηρήσει ακτίνες γάμμα ή ακτίνες Χ από τον γαλαξία. Η παρατήρηση αυτής της ακτινοβολίας θα υποδηλώνει την παρουσία ενός αστροφυσικού αντικειμένου ικανού να επιταχύνει τα UHECR. Το Amaterasu θα μπορούσε επίσης να εντοπιστεί πίσω στο Τοπικό Κενό, μια κοντινή περιοχή με ασυνήθιστα χαμηλή πυκνότητα γαλαξιών. Αλλά και πάλι, δεν υπάρχει κανένα αντικείμενο που να μπορεί να αναγνωριστεί ως πηγή.

Σύμφωνα με την ομάδα, μια άλλη πιθανότητα είναι ότι η ελλιπής κατανόησή μας της σωματιδιακής φυσικής πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο θα μπορούσε να σημαίνει ότι το Amaterasu ταξίδεψε περισσότερο από το επιτρεπόμενο από το GZK cut-off. Εάν συμβαίνει αυτό, τότε μπορεί να είναι ότι η προέλευση του UHECR είναι τόσο μακριά που δεν μπορούμε να ανιχνεύσουμε τις ηλεκτρομαγνητικές του εκπομπές.

Σύμφωνα με τον Fujii, η πιο εξωτική δυνατή πηγή του Amaterasu είναι ένας «σκοτεινός επιταχυντής» - ένα υποθετικό αντικείμενο που εκπέμπει UHECR αλλά όχι άλλη ακτινοβολία.

Παρά την ανακάλυψη και τις εικασίες, Ραφαέλ Άλβες Μπατίστα, είπε ένας αστροφυσικός στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Μαδρίτης Κόσμος Φυσικής ότι η παρατήρηση δεν αποκαλύπτει «τίποτα νέο» σχετικά με τους UHECR.

«Είμαι συντηρητικός με την έννοια ότι δεν θα πηδούσα σε καμία εξήγηση πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο», λέει. «Έχουμε αστροφυσικά αντικείμενα που μπορούν πράγματι να δημιουργήσουν αυτές τις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας. Απλώς δεν ξέρουμε πώς συμβαίνει αυτό, ή πού βρίσκονται αυτά τα αντικείμενα ή ποια αντικείμενα το κάνουν αυτό."

Επισημαίνει επίσης ότι οι αστρονόμοι έχουν πολύ κακή κατανόηση των μαγνητικών πεδίων έξω από τον Γαλαξία μας, γεγονός που καθιστά την οπισθοδρόμηση πολύ δύσκολη.

Πλήρης αβεβαιότητα

«Στον γαλαξία μας, δεν γνωρίζουμε πραγματικά [το γαλαξιακό μαγνητικό πεδίο], αλλά τουλάχιστον έχουμε μια λαβή ότι είναι εντός συγκεκριμένων ορίων. Αλλά, για επιπλέον γαλαξιακά μαγνητικά πεδία, είναι εντελώς αβέβαιο», είπε ο Μπατίστα.

Τόσο ο Fujii όσο και ο Batista συμφωνούν ότι χρειάζονται περισσότερες παρατηρήσεις αυτών των σπάνιων γεγονότων για να μπορέσουμε να αρχίσουμε να κατανοούμε την προέλευση των UHECR. Απαιτούνται επίσης βελτιώσεις στην κατανόησή μας για τα εξωγαλαξιακά μαγνητικά πεδία.

Μερικές από αυτές τις παρατηρήσεις σίγουρα θα γίνουν από τη Συστοιχία Τηλεσκοπίων. Είναι ο μεγαλύτερος ανιχνευτής κοσμικών ακτίνων στο βόρειο ημισφαίριο και αυτή τη στιγμή επεκτείνεται ώστε να είναι κατά τέσσερις συντελεστές μεγαλύτερος από την τρέχουσα έκτασή του.

Σήμερα, σωματίδια όπως το Amaterasu ανιχνεύονται περίπου μία φορά κάθε 15 χρόνια, αλλά ο Fujii λέει ότι οι βελτιώσεις στη Συστοιχία Τηλεσκοπίων θα μπορούσαν να το μειώσουν σε μία φορά κάθε τέσσερα χρόνια.

Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστήμη.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/