Οι αστρονόμοι έχουν από καιρό αναρωτηθεί από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας στον γαλαξία μας; Νέες παρατηρήσεις με τη βοήθεια του αστεροσκοπείου Πείραμα Cherenkov με νερό σε μεγάλο υψόμετρο (HAWC) ανακάλυψε έναν σχεδόν αδύνατο υποψήφιο: διαφορετικά, ένα γιγάντιο μοριακό νέφος είναι συνηθισμένο φαινόμενο.
Οι κοσμικές ακτίνες δεν είναι καθόλου ακτίνες, αλλά μάλλον μικροσκοπικά σωματίδια που ταξιδεύουν μέσα στο σύμπαν με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Μπορούν να αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια ή ακόμα και ιόντα βαρύτερων στοιχείων. Δημιουργούνται σε όλα τα είδη διεργασιών υψηλής ενέργειας σε όλο το σύμπαν, από εκρήξεις σουπερνόβα έως αστρικές συγχωνεύσεις και ακόμη και όταν μια μαύρη τρύπα απορροφά αέριο. Οι κοσμικές ακτίνες έρχονται σε μια ευρεία ποικιλία ενεργειών, και γενικά, οι κοσμικές ακτίνες υψηλότερης ενέργειας είναι λιγότερο συχνές από τις κοσμικές ακτίνες χαμηλότερης ενέργειας. Αυτή η αναλογία αλλάζει πολύ ελαφρά σε μια ορισμένη ενέργεια - 10^15 ηλεκτρον βολτ - που ονομάζεται "γόνατο". Το ηλεκτρον βολτ, ή eV, είναι απλώς ο τρόπος με τον οποίο οι φυσικοί των σωματιδίων επιθυμούν να μετρούν τα επίπεδα ενέργειας. Για σύγκριση, ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στη Γη, ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων, μπορεί να φτάσει τα 13×10^12 eV, το οποίο συχνά υποδηλώνεται ως 13 βολτ τεραηλεκτρονίων ή 13 TeV.
Οι κοσμικές ακτίνες με ενέργεια πάνω από 10-15 eV είναι πολύ πιο σπάνιες από ό,τι θα περίμενε κανείς. Αυτό οδήγησε τους αστρονόμους να πιστέψουν ότι τυχόν κοσμικές ακτίνες σε αυτό το ενεργειακό επίπεδο και πάνω προέρχονται από έξω από τον γαλαξία, ενώ οι διεργασίες στον Γαλαξία μας είναι ικανές να παράγουν κοσμικές ακτίνες έως και 10-15 eV. Ό,τι δημιουργεί αυτές τις κοσμικές ακτίνες θα είναι στην περιοχή «πέτα» και επομένως πάνω από 1000 φορές πιο ισχυρό από τους καλύτερους επιταχυντές σωματιδίων μας - τα φυσικά «πεβατόνια» που περιφέρονται στον γαλαξία.
Η αποστολή είναι απλή: βρείτε την πηγή των κοσμικών ακτίνων κλίμακας PEV στον Γαλαξία μας. Όμως, παρά την ενέργειά τους, είναι δύσκολο να προσδιοριστεί η προέλευσή τους. Αυτό συμβαίνει επειδή οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια και τα φορτισμένα σωματίδια που ταξιδεύουν στο διαστρικό διάστημα αντιδρούν στο μαγνητικό πεδίο του γαλαξία μας. Έτσι, όταν βλέπετε μια κοσμική ακτίνα υψηλής ενέργειας να έρχεται από μια συγκεκριμένη κατεύθυνση στον ουρανό, πραγματικά δεν έχετε ιδέα από πού προήλθε στην πραγματικότητα - το μονοπάτι της έχει συστραφεί και παραμορφωθεί στο ταξίδι της προς τη Γη. Αλλά αντί να αναζητούμε απευθείας κοσμικές ακτίνες, μπορούμε να αναζητήσουμε τους συγγενείς τους.
Όταν οι κοσμικές ακτίνες χτυπούν κατά λάθος ένα νέφος διαστρικού αερίου, μπορούν να εκπέμπουν ακτίνες γάμμα, μια μορφή ακτινοβολίας υψηλής ενέργειας. Αυτές οι ακτίνες γάμμα περνούν μέσα από τον γαλαξία σε ευθεία γραμμή, επιτρέποντάς μας να προσδιορίσουμε άμεσα την προέλευσή τους. Επομένως, εάν δούμε μια ισχυρή πηγή ακτίνων γάμμα, μπορούμε να αναζητήσουμε κοντινές πηγές κοσμικών ακτίνων PEV.
Επίσης ενδιαφέρον:
- Τα αστέρια νετρονίων αφήνουν μια κληρονομιά από χρυσό και πλατίνα
- Τι βοηθά στην ψύξη των καυτών αστέρων νετρονίων;
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε από μια ομάδα ερευνητών που χρησιμοποιούν το HAWC, το οποίο βρίσκεται στο ηφαίστειο Sierra Negra στο νότιο-κεντρικό Μεξικό. Το HAWC «κοιτάζει» τον ουρανό δίπλα σε δεξαμενές γεμάτες με εξαιρετικά καθαρό νερό. Όταν σωματίδια υψηλής ενέργειας ή ακτινοβολία χτυπούν τις δεξαμενές, εκπέμπουν μια λάμψη μπλε φωτός, επιτρέποντας στους αστρονόμους να παρακολουθούν την πηγή στον ουρανό.
Αναλυτικά σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό arXiv, οι αστρονόμοι εντόπισαν μια πηγή ακτίνων γάμμα που υπερβαίνουν τα 200 TeV που μπορούν να παραχθούν μόνο από ακόμη πιο ισχυρές κοσμικές ακτίνες - το είδος των κοσμικών ακτίνων που φτάνουν στην κλίμακα PEV. Η πηγή, που ονομάζεται HAWC J1825-134, βρίσκεται περίπου προς το κέντρο του Γαλαξία. Το HAWC J1825-134 μας εμφανίζεται ως ένα φωτεινό έμπλαστρο ακτίνων γάμμα που φωτίζεται από κάποια άγνωστη πηγή κοσμικής ακτίνας – πιθανώς η πιο ισχυρή γνωστή πηγή κοσμικής ακτίνας στον Γαλαξία μας.
Αρκετοί συνήθεις ύποπτοι για πηγές κοσμικής ακτίνας υψηλής ενέργειας βρίσκονται σε απόσταση λίγων χιλιάδων ετών φωτός από το HAWC J1825-134, αλλά κανένας από αυτούς δεν μπορεί εύκολα να εξηγήσει το σήμα. Για παράδειγμα, το ίδιο το γαλαξιακό κέντρο είναι μια γνωστή γεννήτρια έντονων κοσμικών ακτίνων, αλλά είναι πολύ μακριά από το HAWC J1825-134 για να είναι σχετικό με αυτές τις μετρήσεις. Υπάρχουν μερικά υπολείμματα σουπερνόβα και οι σουπερνόβα είναι αναμφίβολα πολύ ισχυρές. Αλλά όλοι οι σουπερνόβα στην περιοχή του HAWC J1825-134 εξερράγησαν πριν από πολύ καιρό – πολύ καιρό πριν για να παράγουν αυτές τις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας τώρα.
Τα πάλσαρ – τα πυκνά, ταχέως περιστρεφόμενα υπολείμματα των πυρήνων των τεράστιων αστεριών – παράγουν επίσης άφθονες ποσότητες κοσμικών ακτίνων. Αλλά, επίσης, είναι πολύ μακριά από την πηγή της ακτινοβολίας γ - την ενέργεια των ηλεκτρονίων και των πρωτονίων που προέρχονται από το πάλσαρ - απλά δεν είναι αρκετά υψηλά για να ταξιδέψουν χιλιάδες έτη φωτός εκεί όπου εκπέμπεται η ακτινοβολία γάμμα.
Παραδόξως, η πηγή αυτών των κοσμικών ακτίνων που έσπασαν ρεκόρ αποδείχθηκε ότι δεν ήταν άλλη από ένα γιγάντιο μοριακό νέφος. Αυτά τα σύννεφα είναι γιγάντια, αδέξια πλάσματα γεμάτα σκόνη και αέρια που περιφέρονται στον γαλαξία. Μερικές φορές συστέλλονται και γίνονται αστέρια, αλλά διαφορετικά μπορούν να παραμείνουν ήρεμα και χαλαρά για δισεκατομμύρια χρόνια.
Μέσα στο σύμπλεγμα νεφών υπάρχει ένα σμήνος νεογέννητων αστεριών, αλλά ακόμη και τα πιο φανταχτερά και δυνατά νεαρά αστέρια δεν πιστεύεται ότι είναι αρκετά ισχυρά για να εκτοξεύσουν τέτοιες κοσμικές ακτίνες. Οι ίδιοι οι ερευνητές παραδέχονται ότι δεν ξέρουν πώς το κάνει αυτό το σύννεφο, αλλά με κάποιο τρόπο, όταν κανείς δεν έδινε προσοχή, δημιούργησε μερικά από τα πιο ισχυρά σωματίδια σε ολόκληρο τον γαλαξία.
Διαβάστε επίσης:
- Ένα παράξενο ουδέτερο ηλεκτρόνιο ανακαλύφθηκε σε μια νέα κατάσταση της ύλης
- Πέντε τρόποι με τους οποίους η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να μας βοηθήσει στην εξερεύνηση του διαστήματος