Salaperäiset ultrasuurienergiset kosmiset säteet arvostavat tähtitieteilijöitä – Physics World

Kosmisen säteen hiukkanen, jonka energia on noin 36 miljoonaa kertaa suurempi kuin CERNin Large Hadron Colliderin kiihdyttämien hiukkasten energia, on havaittu. Tämä 244 EeV:n jännite on yksi energisimmista koskaan havaituista hiukkasista, ja sen havaitsi vuonna 2021 Utahissa sijaitseva teleskooppitaulukko. Vaikka ultrakorkean energian kosminen säde (UHECR) syntyi luultavasti väkivaltaisen astrofysikaalisen prosessin seurauksena, tutkijat eivät pystyneet jäljittämään sen alkuperää.

Tutkijat ovat nimenneet hiukkasen Amaterasuksi, joka on Auringon jumalatar japanilaisessa mytologiassa. UHECR:n nykyinen energiaennätys on 320 EeV, joka on "Oh-My-God" -hiukkasella, jonka Telescope Array -järjestelmän edeltäjä havaitsi vuonna 1991 Utahissa.

UHECR:t ovat subatomisia hiukkasia, kuten protoneja, joiden energia on yli 1 EeV (10¹⁸ eV). Vaikka ne näyttävät tulevan Linnunradan ulkopuolelta, niiden alkuperää ymmärretään edelleen huonosti, koska niitä on harvoin havaittu maan päällä.

Kosminen katkaisu

UHECR:ien alkuperää etsiessään tähtitieteilijät hyötyvät ilmiöstä, jota kutsutaan Greisen-Zatsepin-Kuzminin (GZK) cut-offiksi. Tämä johtuu siitä, että UHECR-laitteet, joiden energia on yli noin 60 EeV, ovat vuorovaikutuksessa kosmisen mikroaaltotaustan kanssa kulkiessaan avaruuden halki – menettäen energiaa kulkiessaan. Tämä tarkoittaa, että näiden korkeampien energioiden hiukkaset eivät voineet kulkea noin 300 miljoonaa valovuotta kauemmaksi ennen kuin ne saavuttavat maan.

Tästä katkosta huolimatta kansainvälinen joukkue, joka havaitsi Amaterasun ei ole viisaampi hiukkasen alkuperän suhteen Toshihiro Fujii Japanin Osaka Metropolitan Universitystä – joka huomasi ensimmäisenä todisteet UHECR:stä Telescope Array -tiedoissa.

"Löysimme tämän uuden mysteerin", hän sanoi ja huomautti, että hiukkanen ei korreloi minkään tunnetun astrofysikaalisen kohteen kanssa. Kirjoittaminen päiväkirjaan tiede, tiimi ehdottaa useita mahdollisia Amaterasun alkuperää.

Pimeys ja valo

Tarkasteltaessa GZK-rajaa ja olettaen, että Linnunradan magneettikenttä poikkeutti hiukkasen, yksi mahdollinen alkuperä on galaksi NGC 6946. Tämä on noin 25 miljoonan valovuoden päässä, ja se tunnetaan upeasta tähtienmuodostuksestaan ​​ja lukuisista supernoveistaan. Tähtitieteilijät eivät kuitenkaan ole havainneet galaksista peräisin olevia gammasäteitä tai röntgensäteitä. Tämän säteilyn havainnointi viittaa siihen, että läsnä on astrofyysinen esine, joka pystyy kiihdyttämään UHECR:itä. Amaterasu voidaan jäljittää myös paikalliseen tyhjiöön, läheiseen alueeseen, jolla on epätavallisen pieni galaksitiheys. Mutta jälleen kerran, siellä ei ole esinettä, joka voitaisiin tunnistaa lähteeksi.

Ryhmän mukaan toinen mahdollisuus on, että epätäydellinen ymmärryksemme hiukkasfysiikasta standardimallin ulkopuolella voi tarkoittaa, että Amaterasu matkusti kauemmas kuin GZK-raja sallii. Jos näin on, UHECR:n alkuperä voi olla niin kaukana, että emme pysty havaitsemaan sen sähkömagneettisia päästöjä.

Fujiin mukaan eksoottisin mahdollinen Amaterasun lähde on "pimeä kiihdytin" - hypoteettinen esine, joka lähettää UHECR:itä, mutta ei muuta säteilyä.

Löydöistä ja spekulaatioista huolimatta Rafael Alves Batista, Madridin autonomisen yliopiston astrofyysikko kertoi Fysiikan maailma että havainto ei paljasta "mitään uutta" UHECR:istä.

"Olen konservatiivi siinä mielessä, että en hyppää mihinkään muuhun kuin standardimalliin", hän sanoo. "Meillä on astrofyysisiä esineitä, jotka voivat todellakin tuottaa näitä korkean energian kosmisia säteitä. Emme vain tiedä, miten tämä tapahtuu tai missä nämä objektit ovat tai mitkä objektit tekevät tämän."

Hän huomauttaa myös, että tähtitieteilijöillä on erittäin huono ymmärrys Linnunradan ulkopuolisista magneettikentistä, mikä tekee paluumatkasta erittäin vaikeaa.

Täysi epävarmuus

"Galaksissamme emme oikeastaan ​​tunne [galaktista magneettikenttää], mutta ainakin meillä on kahva, että se on tiettyjen rajojen sisällä. Mutta ylimääräisten galaktisten magneettikenttien osalta se on täysin epävarmaa”, Batista sanoi.

Sekä Fujii että Batista ovat yhtä mieltä siitä, että näistä harvinaisista tapahtumista tarvitaan lisää havaintoja, ennen kuin voimme alkaa ymmärtää UHECR:ien alkuperää. Lisäksi tarvitaan parannuksia ekstragalaktisten magneettikenttien ymmärtämiseen.

Telescope Array tekee varmasti osan näistä havainnoista. Se on pohjoisen pallonpuoliskon suurin kosmisen säteilyn ilmaisin, ja sitä laajennetaan parhaillaan nelinkertaiseksi nykyiseen pinta-alaansa verrattuna.

Nykyään Amaterasun kaltaisia ​​hiukkasia havaitaan noin kerran 15 vuodessa, mutta Fujii sanoo, että teleskooppimatriisin parannukset voisivat vähentää tämän kerran neljässä vuodessa.

Tutkimusta kuvataan tiede.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/