Skrivnostni ultravisokoenergijski kozmični žarki begajo astronome – Svet fizike

Skrivnostni ultravisokoenergijski kozmični žarki begajo astronome – Svet fizike

Časovni žig: 27. november 2023 11:12
Izvorno vozlišče: 2984042

Zaznavanje kozmičnega žarka
Boginja sonca: ilustracija plohe delcev, ki jo je ustvaril Amaterasu, ko je vstopil v atmosfero nad nizom teleskopov v Utahu. (Z dovoljenjem: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige)

Zaznan je bil delec kozmičnih žarkov z energijo, ki je približno 36-milijonkrat večja od delcev, ki jih pospeši CERN-ov veliki hadronski trkalnik. Pri 244 EeV je to eden najbolj energijskih delcev, ki so jih kdaj opazili, leta 2021 pa ga je opazil teleskop Array v Utahu. Čeprav je ultravisokoenergijski kozmični žarek (UHECR) verjetno nastal z nasilnim astrofizikalnim procesom, ga raziskovalci niso mogli izslediti do njegovega izvora.

Raziskovalci so delec poimenovali Amaterasu, ki je v japonski mitologiji boginja sonca. Trenutni energijski rekord za UHECR je 320 EeV, drži pa ga delec »Oh-My-God«, ki ga je leta 1991 v Utahu zaznal predhodnik teleskopskega niza.

UHECR so subatomski delci, kot so protoni, ki imajo energijo večjo od 1 EeV (1018 eV). Čeprav se zdi, da prihajajo izven Mlečne ceste, je njihov izvor še vedno slabo razumljen, ker jih na Zemlji redko opazimo.

Kozmična prekinitev

Pri iskanju izvora UHECR-jev imajo astronomi koristi od pojava, imenovanega mejna vrednost Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). To se zgodi, ker UHECR z energijami nad približno 60 EeV med potovanjem skozi vesolje medsebojno delujejo s kozmičnim mikrovalovnim ozadjem – pri tem pa izgubljajo energijo. To pomeni, da delci pri teh višjih energijah ne morejo potovati dlje kot približno 300 milijonov svetlobnih let, preden dosežejo Zemljo.

Kljub tej omejitvi je mednarodna ekipa, ki je odkrila Amaterasu ni nič pametnejši glede izvora delcev, po Toshihiro Fujii z japonske metropolitanske univerze v Osaki – ki je prvi opazil dokaze o UHECR v podatkih Telescope Array.

"Našli smo to novo skrivnost," je dejal in poudaril, da delec ni v korelaciji z nobenim znanim astrofizikalnim objektom. Pisanje v dnevnik Znanost, ekipa predlaga več možnih izvorov za Amaterasu.

Tema in svetloba

Če pogledamo znotraj meje GZK in ob predpostavki, da je delec odvrnilo magnetno polje Rimske ceste, je eden od možnih izvorov galaksija NGC 6946. Ta je oddaljena približno 25 milijonov svetlobnih let in je znana po neverjetnem nastajanju zvezd in številnih supernovah. Vendar pa astronomi niso opazili žarkov gama ali rentgenskih žarkov iz galaksije. Opazovanje tega sevanja bi nakazovalo na prisotnost astrofizičnih objektov, ki bi lahko pospešili UHECR. Amaterasu bi lahko izsledili tudi nazaj v lokalno praznino, bližnjo regijo z nenavadno nizko gostoto galaksij. Ampak spet, tam ni predmeta, ki bi ga lahko identificirali kot vir.

Po mnenju ekipe je druga možnost, da bi naše nepopolno razumevanje fizike delcev onkraj standardnega modela lahko pomenilo, da je Amaterasu potoval dlje, kot dovoljuje meja GZK. Če je temu tako, potem je mogoče, da je izvor UHECR tako daleč, da ne moremo zaznati njegovih elektromagnetnih emisij.

Po mnenju Fujiija je najbolj eksotičen možni vir Amaterasuja "temni pospeševalnik" - hipotetični objekt, ki oddaja UHECR, vendar ne drugega sevanja.

Kljub odkritju in špekulacijam, Rafael Alves Batista, astrofizik z avtonomne univerze v Madridu, je povedal Svet fizike da opazovanje ne razkriva "nič novega" o UHECR.

»Sem konservativec v smislu, da ne bi skočil v nobeno razlago onkraj standardnega modela,« pravi. »Imamo astrofizične objekte, ki lahko dejansko ustvarijo te visokoenergetske kozmične žarke. Samo ne vemo, kako se to zgodi, ali kje so ti predmeti, ali kateri predmeti to počnejo.«

Poudarja tudi, da astronomi zelo slabo razumejo magnetna polja zunaj Mlečne ceste, zaradi česar je iskanje nazaj zelo težko.

Popolna negotovost

»V naši galaksiji v resnici ne poznamo [galaktičnega magnetnega polja], vendar vsaj vemo, da je v določenih mejah. Toda za dodatna galaktična magnetna polja je popolnoma negotovo,« je dejal Batista.

Tako Fujii kot Batista se strinjata, da je potrebnih več opazovanj teh redkih dogodkov, preden lahko začnemo razumeti izvor UHECR. Potrebne so tudi izboljšave našega razumevanja zunajgalaktičnih magnetnih polj.

Nekaj ​​teh opazovanj bo zagotovo opravil Telescope Array. Je največji detektor kozmičnih žarkov na severni polobli in se trenutno širi, da bo štirikrat večji od njegove trenutne površine.

Danes se delci, kot je Amaterasu, odkrijejo približno enkrat na 15 let, vendar Fujii pravi, da bi izboljšave niza teleskopov lahko to zmanjšale na enkrat na štiri leta.

Raziskava je opisana v Znanost.

Časovni žig:

Več od Svet fizike