A titokzatos, ultranagy energiájú kozmikus sugárzás rejtvényeket okoz a csillagászoknak – Fizika világa

A titokzatos, ultranagy energiájú kozmikus sugárzás rejtvényeket okoz a csillagászoknak – Fizika világa

Időbélyeg: 27. november 2023. 11:12
Forrás csomópont: 2984042

Kozmikus sugárzás észlelése
Napistennő: az Amaterasu által létrehozott részecskék záporának illusztrációja, amint bejutott a légkörbe a teleszkóprendszer felett Utahban. (Jóvolt: Osaka Metropolitan Egyetem/L-INSIGHT, Kiotói Egyetem/Ryuunosuke Takeshige)

Egy kozmikus sugárzású részecskét észleltek, amelynek energiája körülbelül 36 milliószor nagyobb, mint a CERN nagy hadronütköztetője által felgyorsított részecskéké. 244 EeV-on ez az egyik legenergiásabb részecske, amelyet valaha is megfigyeltek, és 2021-ben észlelte a utahi teleszkóprendszer. Míg az ultranagy energiájú kozmikus sugarat (UHECR) valószínűleg heves asztrofizikai folyamat hozta létre, a kutatók nem tudták visszavezetni az eredetét.

A kutatók a részecskét Amaterasunak nevezték el, amely a japán mitológiában a Nap istennője. Az UHECR jelenlegi energiarekordja 320 EeV, amelyet az „Oh-My-God” részecske tart, amelyet 1991-ben Utah államban észlelt a Telescope Array elődje.

Az UHECR-ek olyan szubatomi részecskék, mint például a protonok, amelyek energiája meghaladja az 1 EeV-ot (1018 eV). Bár úgy tűnik, hogy a Tejútrendszeren kívülről származnak, eredetük még mindig kevéssé ismert, mivel ritka a megfigyelésük a Földön.

Kozmikus levágás

Az UHECR-ek eredetének kutatása során a csillagászok profitálnak a Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) határvonalnak nevezett jelenségből. Ez azért van így, mert az UHECR-ek, amelyek energiája meghaladja a 60 EeV-ot, kölcsönhatásba lépnek a kozmikus mikrohullámú háttérrel, miközben áthaladnak az űrben – menet közben energiát veszítenek. Ez azt jelenti, hogy az ilyen nagyobb energiájú részecskék nem utazhattak tovább 300 millió fényévnél, mielőtt elérték a Földet.

E megszakítás ellenére a nemzetközi csapat, amely az Amaterasut észlelte szerint nem bölcsebb a részecske eredetét illetően Toshihiro Fujii a japán Osaka Metropolitan Egyetem munkatársa – aki elsőként vette észre az UHECR bizonyítékát a Telescope Array adataiban.

"Megtaláltuk ezt az új rejtélyt" - mondta, rámutatva, hogy a részecske nem korrelál egyetlen ismert asztrofizikai objektummal sem. Írás a naplóba Tudomány, a csapat több lehetséges eredetet javasol az Amaterasu számára.

Sötétség és fény

Ha a GZK határértékén belül nézünk, és feltételezzük, hogy a részecskét a Tejútrendszer mágneses tere eltérítette, az egyik lehetséges eredet az NGC 6946 galaxis. Ez körülbelül 25 millió fényévnyire található, és csodálatos csillagkeletkezéséről és számos szupernóváról ismert. A csillagászok azonban nem figyeltek meg gamma- vagy röntgensugárzást a galaxisból. Ennek a sugárzásnak a megfigyelése egy asztrofizikai objektum jelenlétére utalhat, amely képes felgyorsítani az UHECR-eket. Az Amaterasu a Local Void-ra is visszavezethető, egy közeli régióba, ahol szokatlanul alacsony a galaxissűrűség. De ismét nincs ott olyan tárgy, amely forrásként azonosítható lenne.

A csapat szerint egy másik lehetőség az, hogy a részecskefizika standard modellen túli hiányos megértése azt jelentheti, hogy az Amaterasu messzebbre utazott, mint a GZK határértéke. Ha ez a helyzet, akkor előfordulhat, hogy az UHECR eredete olyan messze van, hogy nem tudjuk észlelni az elektromágneses kibocsátását.

Fujii szerint az Amaterasu legegzotikusabb forrása egy „sötét gyorsító” – egy hipotetikus tárgy, amely UHECR-t bocsát ki, de más sugárzást nem.

A felfedezések és a találgatások ellenére Rafael Alves Batista, a Madridi Autonóm Egyetem asztrofizikusa elmondta Fizika Világa hogy a megfigyelés „semmi újat” nem tár fel az UHECR-ekkel kapcsolatban.

„Konzervatív vagyok abban az értelemben, hogy nem ugranék bele a standard modellen túli magyarázatokba” – mondja. „Vannak asztrofizikai tárgyaink, amelyek valóban képesek generálni ezeket a nagy energiájú kozmikus sugarakat. Csak azt nem tudjuk, hogy ez hogyan történik, vagy hol vannak ezek az objektumok, vagy hogy mely objektumok csinálják ezt.”

Arra is rámutat, hogy a csillagászok nagyon rosszul ismerik a Tejútrendszeren kívüli mágneses tereket, ami nagyon megnehezíti a visszalépést.

Teljes bizonytalanság

„A galaxisunkban nem igazán ismerjük [a galaktikus mágneses teret], de legalább van egy fogantyúnk, amely bizonyos határokon belül van. De az extra galaktikus mágneses mezők esetében ez teljesen bizonytalan” – mondta Batista.

Fujii és Batista is egyetértenek abban, hogy ezeknek a ritka eseményeknek több megfigyelése szükséges ahhoz, hogy megértsük az UHECR-ek eredetét. Az extragalaktikus mágneses terekkel kapcsolatos ismereteink fejlesztésére is szükség van.

Ezen megfigyelések egy részét minden bizonnyal a Telescope Array fog elvégezni. Ez a legnagyobb kozmikus sugárdetektor az északi féltekén, és jelenleg a jelenlegi területénél négyszer nagyobbra bővítik.

Manapság az Amaterasuhoz hasonló részecskéket körülbelül 15 évente egyszer észlelnek, de a Fujii szerint a teleszkóptömb fejlesztése ezt négyévente egyszer csökkentheti.

A kutatás leírása a Tudomány.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa