Οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται από κρουστικά κύματα σουπερνόβα

Τα απομεινάρια των αυτοκαταστρεφόμενων αστεριών μπορούν να επιταχύνουν σωματίδια σε υψηλές ενέργειες από ό, τι ο πιο ισχυρός επιταχυντής στον κόσμο.

Είναι μια κοσμική σειρά μυστηρίου, που κρύβει τα μυστικά της από τους  αστρονόμους εδώ και 100 χρόνια.Τι  είναι αυτό που εξακοντίζει πρωτόνια μέσω  του Γαλαξία μας σε ενέργειες μέχρι χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από εκείνες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, κοντά στη Γενεύη, τον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων στη Γη; Δύο νέες  παρατηρήσεις εμπλέκουν και πάλι τους συνήθεις 'ύποπτους: κατάλοιπα σουπερνόβα, η επέκταση θραυσμάτων από αστρικές εκρήξεις. Αλλά μπορεί να μην είναι οι μόνοι ένοχοι.

Τα πρωτόνια αποτελούν περίπου το 90% των φορτισμένων σωματιδίων υψηλής ενέργειας, ή κοσμικών ακτινών, που συνεχώς πέφτουν κάτω στη Γη. Αλλά το να ανακαλύψουμε απ 'ευθείας τον εντοπισμό της προέλευσης τους είναι αδύνατο, επειδή τα μαγνητικά πεδία που διέρχονται από τον Γαλαξία εξωθούν τα φορτισμένα σωματίδια μακριά από τα αρχικά μονοπάτια τους.

 Ποια είναι τα γυρίσματα πρωτόνια μέσω Γαλαξία μας σε ενέργειες μέχρι χιλιάδες φορές μεγαλύτερες από εκείνες στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN, κοντά στη Γενεύη, ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στη Γη; Δύο νέες δέσμες παρατηρήσεις εμπλέκουν και πάλι τις κορυφαίες υπόπτων: κατάλοιπα σουπερνόβα, η επέκταση θραύσματα από αστρικές εκρήξεις. Αλλά μπορεί να μην είναι οι μόνοι ένοχοι.

Παρ 'όλα αυτά, οι αστρονόμοι έχουν από καιρό υποθέσει ότι τα υπολείμματα υπερκαινοφανών λειτουργούν ως επιταχυντές σωματιδίων του γαλαξία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η επέκταση των αστρικών  συντριμμιών δημιουργεί ένα κρουστικό κύμα όταν χτυπούν στο περιβάλλον του φυσικού αερίου, συμπιέζοντας και ενισχύοντας τα υπάρχοντα μαγνητικά πεδία. Φορτισμένα σωματίδια που διέρχονται μπροστά από το σοκ μπορούν να επιταχυνθούν,όπως επίσης και μερικά άλλα να εκτραπούν προς τα πίσω  από τα μαγνητικά πεδία.Ορισμένα σωματίδια μπορούν να ταξιδεύουν πέρα ​​δώθε και να αποκτήσουν  ενέργεια - για χιλιάδες χρόνια πριν διαφύγουν ως κοσμικές ακτίνες.

Πράγματι, η ακτινοβολία σε διαφορετικά μήκη κύματος αποκαλύπτει ξεκάθαρα ότι τα ηλεκτρόνια μπορούν να πάρουν μια τέτοια ώθηση μέσω  των απομεινάριων σουπερνόβα - παράγοντας ακτινοβολία  όταν κινούνται μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο. Υπάρχουν ενδείξεις ότι και τα πρωτόνια μπορούν να κάνουν το ίδιο, όπως αναμενόταν θεωρητικά. Αλλά οι παρατηρήσεις αυτές θα μπορούσαν να έχουν εναλλακτικές ερμηνείες, αφήνοντας την υπόθεση για τα κατάλοιπα ως επιταχυντές πρωτονίων πεισματικά ανοιχτό.

Οι δύο νέες μελέτες - ακτίνων γ και ορατών μηκών κύματος - μπορούν να κλείσουν την υπόθεση πέραν πάσης λογικής αμφιβολίας. "Αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με το  όσο πιο κοντά μπορείτε να πλησιάσετε σε ένα όπλο που καπνίζει», λέει ο Francis Halzen, ένας αστροφυσικός σωματιδίων στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison, ο οποίος δεν ασχολείται με καμιά από τις μελέτες.

GREG STEWART, SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY]Τα κρουστικά κύματα των εκρήξεων σουπερνόβα  επιταχύνουν φορτισμένα σωματίδια, όπως πρωτόνια, μερικά από τα οποία καταλήγουν  στη Γη, όπως  οι κοσμικές ακτίνες.

Δαχτυλικά Αποτυπώματα πιόνια (Pion)

Σε μια μελέτη, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική για την έμμεση ανίχνευση της παρουσίας υψηλής ενέργειας πρωτόνιων σε κατάλοιπα σουπερνόβα . Όταν τα υψηλής ενέργειας πρωτόνια συντριβούν σε άλλα σωματίδια της ύλης - είτε στην ατμόσφαιρα της Γης ή στο διαστρικό διάστημα - τα συντρίμμια των συγκρούσεων περιέχουν βραχύβια υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται  ουδέτερα πιόνια (Pion)

 . Κάθε πιόνιο μπορεί να αποσυνθεθεί σε δύο ακτίνες-γ από χαρακτηριστικές ενέργειες.

Για να  αναζητήσουν  αυτές τις αποκαλυπτικές ακτίνες γ-, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο  Fermi της NASA , και επικεντρώθηκαν σε δύο κατάλοιπα σουπερνόβα, που ονομάζονται IC 443 και W44, και βρίσκονται εντός 3.000 παρσέκ (περίπου 10.000 έτη φωτός) από τη Γη. Βρήκαν μια αφθονία  ακτίνων-γ φωτονίων στην περιοχή των ενεργειών που αναμένονταν από την αποσύνθεση του πιονίου ¹ .

Τα αποτελέσματα ήταν σύμφωνα με προηγούμενες παρατηρήσεις σε ένα μικρότερο εύρος των μηκών κύματος που έγιναν από το Ιταλικό διαστημικό σκάφος AGILE  ² . Τα αποτελέσματα έντονα υποδηλώνουν  ότι τα πρωτόνια επιταχύνονται στα απομεινάρια, λέει ο Stefan Funk του Πανεπιστημίου του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια, συν-συγγραφέας της μελέτης. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να παράγουν επίσης ακτίνες-γ όταν χτυπούν ύλη ή φωτόνια, αλλά εξηγεί ότι η παρατηρούμενη κατανομή ακτινών-γ  θα περικλείει μόνο ηλεκτρόνια που  θα περιλαμβάνουν  «ακραία εξομάλυνση των βραχυχρόνιων διακυμάνσεων σε δύο κατάλοιπα», λέει. "Νομίζω ότι είναι εξαιρετικά απίθανο."

Στην άλλη μελέτη, η Sladjana Nikolić στο Αστρονομικό Ινστιτούτο Max Planck στη Χαϊδελβέργη της Γερμανίας, και οι συνεργάτες της μελέτησαν το φάσμα του ορατού φωτός που εκπέμπεται από άτομα υδρογόνου στην περιοχή σοκ του κατάλοιπου υπερκαινοφανούς που ονομάζεται 1006.

Το φάσμα αποκαλύπτει τις ταχύτητες των ατόμων », και οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι δεν μπορούσαν να εξηγήσουν το σχήμα του αν η ύλη ερχόταν σε σύγκρουση μαζί με το σοκ ³ . Λένε ότι κάποια από τα άτομα υδρογόνου πρέπει να άρχισαν ως μοναχικά πρωτόνια που ενισχύθηκαν σε υψηλές ενέργειες από το  κύμα του σοκ (shockwave). Αργότερα, τα επιταχυνόμενα πρωτόνια άρπαξαν ηλεκτρόνια από γειτονικά άτομα υδρογόνου για την παραγωγή την παρατηρούμενης ακτινοβολίας. "Δεν περιμένουμε να δούμε πολλά σωματίδια με ταχύτητες υψηλότερες από ό, τι ένα ορισμένο επίπεδο σε ένα αέριο από μια ορισμένη θερμοκρασία», λέει το μέλος της ομάδας John Hughes, ένας αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Rutgers στο Piscataway, New Jersey. "Αλλά όταν έχεις κοσμικών ακτίνων επιτάχυνση, στη συνέχεια, στην πραγματικότητα, μπορείτε να έχετε σωματίδια με πολύ, πολύ υψηλές ταχύτητες."

Επιταχυνόμενα πρωτόνια

 Πόσο ενεργητικά μπορεί να είναι; Οι ερευνητές θα προσπαθήσουν να ανακαλύψουν ψάχνοντας για τις πηγές των υψηλής ενέργειας κοσμικών ακτίνων  που πηγάζουν από τον Γαλαξία μας, και που φτάνουν σε ενέργειες ύψους 1 δισ. MeV (10 ¹⁵ eV). Το τηλεσκόπιο Fermi είναι απίθανο να είναι σε θέση να παρακολουθεί αυτά τα αντικείμενα  επειδή φαίνονται σε ένα σχετικά μικρό τμήμα του ουρανού σε μια στιγμή, και τέτοιες κοσμικές ακτίνες - και οι συναφές τους γ-ακτίνες - είναι σπάνιες. Αλλά οι επίγειοι ανιχνευτές που αναζητούν σημάδια των ενεργητικών ακτίνων-γ που χτυπούν στην ατμόσφαιρα της Γης ή νετρίνα που παράγονται από γαλαξιακή κοσμική ακτινοβολία αποτελούν μια καλύτερη ευκαιρία. Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να μελετήσουν τα υπολείμματα σουπερνόβα διαφόρων ηλικιών για να δούνε την αποτελεσματικότητά τους στην αλλαγή επιτάχυνσης των κοσμικών ακτίνων με την πάροδο του χρόνου. "Θέλουμε πραγματικά να αποκτήσουμε πρόσβαση στις λεπτομέρειες για το πώς επιταχύνονται τα πρωτόνια," λέει ο Funk.

Μπορεί να υπάρχουν ακόμη περισσότερες εκπλήξεις. Το 2011, ερευνητές με επικεφαλής τον Piergiorgio Picozza από το Πανεπιστήμιο της Ρώμης Tor Vergata στην Ιταλία ανέφεραν παρατηρήσεις κοσμικών ακτίνων  από έναν δορυφόρο που ονομάζεται PAMELA, που δεν μπορούσε να εξηγηθεί από ένα απλό μοντέλο ενός σουπερνόβα υπολλείματος ⁴ . Αντί να εμπίπτουν σε αριθμό σε υψηλότερες ενέργειες, όπως αναμενόταν, ο αριθμός των κοσμικών ακτίνων αυξήθηκε. Για να εξηγήσουμε την παρατήρηση «χρειαζόμαστε περισσότερο πολύπλοκες διαδικασίες της επιτάχυνσης και της διάδοσης", λέει ο Picozza.

Λέει ότι τα άλλα αστρονομικά αντικείμενα, όπως τα αστέρια λευκοί-νάνοι  που υποβάλλονται σε εκρήξεις που ονομάζονται Novas, μπορούν επίσης να είναι σε θέση να επιταχύνουν τις κοσμικές ακτίνες, και ότι ορισμένες κοσμικές ακτίνες μπορούν να ενισχύουν την ενέργεια από διάφορα αντικείμενα σε όλη τη ζωή τους καθώς ταξιδεύουν μέσω του Γαλαξία . 

"Υπάρχει ακόμη πολύς δρόμος σε αυτή την ιστορία," συμφωνεί Halzen.

Από NATURE

Απόδοση κειμένου dorieas

ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟ ΕΝΑΤΟ ΚΥΜΑ