Загадкавая крыніца экстрагалактычных касмічных прамянёў

Часціцы, якія не павінны існаваць

Рэндэрынг мастака паказвае часціцы, якія ўваходзяць у атмасферу, дзе яны распальваюць паветраныя душы, якія могуць распаўсюджвацца на мілі. Выява NASA.

Гэта 1912 год, і ідэя "Амерыканскай мары" дае надзею амерыканскім грамадзянам і імігрантам. Фермеры пачынаюць працякаць у ажыўленым горадзе, а акцэнты змешваюцца ў населеных пунктах, такіх як Нью-Ёрк, дзе італьянцы працуюць на вугальных шахтах, а расійскія і польскія пары апярэджваюць рыначныя рынкі ажыўленых вуліц. Гісторыі, падобныя да Эндру Карнэгі ці Джона Д. Ракфелера, даюць людзям надзею, што яны таксама калі-небудзь могуць прынесці вялікія даходы і стварыць сем'і на зямлі магчымасцей. Нізкая заработная плата і небяспечныя ўмовы працы прыводзяць да з'яўлення першых прафсаюзаў і ў моры, пасажырскі лайнер пад назвай RMS "Тытанік" апускаецца ў позняй гадзіне 14 красавіка.

У гэтым жа годзе навукоўцы працавалі над эксперыментамі з выкарыстаннем электраскопаў - прыбораў для выяўлення электрычнага зарада ці таго, што можна лічыць раннімі апавяшчальнікамі радыяцыі. Эксперыменты выявілі пастаяннае выпраменьванне навакольнага асяроддзя, якое, здавалася, не паступала ні з аднаго канкрэтнага месца. Радыяцыя была яшчэ там, калі ўзнаўлялі эксперыменты ў падполлі. Гэта прыводзіць да гіпотэзы, што яна павінна паходзіць з самой Зямлі, своеасаблівага наземнага сігналу. Гэта стала вялікім сюрпрызам, калі тыя самыя электраскопы былі адпраўлены на паветраныя шары і сігналы значна павялічыліся пасля невялікага пачатковага падзення. Гэта першапачатковае падзенне адбылося з прычыны радыяцыі, якая ўзаемадзейнічала з малекуламі паветра, і слабее перад тым, як зноў усыпіць. Сігнал зусім не быў зямным. Яны мелі паходжанне касмічнага характару і на самай справе павінны мець дадатковую галактыку на больш высокіх узроўнях энергіі.

Удала названы "касмічнымі прамянямі" стаў адной з самых вялікіх загадак у фізіцы.

Хоць некаторыя прамяні больш нізкай энергіі з'яўляюцца вынікамі працэсаў на сонца, мяркуюць, што большасць з іх адбываецца ад выбухаў звышновай у Млечным Шляху. Зорка, якая выбухне, прывядзе да ударных хваль, якія ўловяць часціцы ў магнітным полі. Часціцы паскараюцца, пакуль не набралі дастаткова энергіі, каб вырвацца ў космас. Гэтыя зараджаныя, энергетычныя часціцы - гэта тое, што мы потым выяўляем тут, на Зямлі, і называем іх касмічнымі прамянямі. Часціцы могуць вар'іравацца ад станоўча зараджаных пратонаў да больш цяжкіх іянізаваных ядраў, такіх як кісларод і жалеза, хоць толькі каля 1% касмічных прамянёў складаюцца з цяжэйшых ядраў. Другасныя касмічныя прамяні, такія як мюоны і электроны, праходзяць праз вас кожны дзень, але вышэйшыя энергетычныя часціцы, якія шакавалі навукоўцаў пры іх адкрыцці, рэдка сустракаюцца і значна складаней выявіць. Як яны зроблены і адкуль яны ўзятыя, гэта загадка з нейкімі парадаксальнымі тэрмінамі.

У той час як выбухі звышновых могуць растлумачыць касмічныя прамяні з нізкай энергіяй, яны не здольныя самастойна паскараць часціцы да звышвысокага ўзроўню. Выява NASA / JPL-Caltech.

У сярэдзіне кастрычніка 1991 г. у штаце Юта была выяўлена часціца "Божа мой". Гэта застаецца найвышэйшай энергетычнай часціцай, калі-небудзь выяўленай. Да яго адкрыцця навукоўцы не верылі, што часціцы з такой экстрэмальнай энергіяй могуць існаваць, і тым не менш, у вялікім адронным калайдары яна змяшчала мільёны разоў больш энергіі. Часціцы, атрыманыя ў выніку тэхналогіі, могуць дасягаць максімуму прыблізна 10¹³eV (электронныя напружання), а часціцы OMG дасягаюць энергіі 3 x 10²VeV. Падумайце пра энергію бейсбола, які падарожнічае звыш 50 км / ч, але сабраны ў адзін пратон.

Касмічныя прамяні чаго-небудзь больш за 10 ¹⁸эВ адносяцца да катэгорыі касмічных прамянёў звышвысокай энергіі (UHECR) і, як лічыцца, паходзяць з-за межаў нашай галактыкі. Гэта таму, што часціцы больш высокай энергіі складаней абмежаваць на меншыя прасторы - у гэтым выпадку малы космас - гэта галактыка. Але іх велізарны ўзровень энергіі таксама азначае, што яны павінны адбывацца з грандыёзных і вельмі жорсткіх падзей ва Сусвеце. Актыўныя галактычныя ядры, выбухі гама-прамянёў, пульсары і магнітары - усе высновы, але ні адно з іх не з'яўляецца пераканаўчым.

Даследаванні, апублікаваныя ў мінулым годзе, спрабуюць звязаць UHECR з галактыкамі зорных выбухаў. Галактыкі зорных выбухаў - гэта бліскучыя напрамкі ва Сусвеце, дзе зоркі робяцца значна больш высокімі, чым у сярэднім. Серыя выбухаў звышновай у гэтых галактыках можа прывесці да велізарнага набору адтоку газу, у выніку чаго ўзнікае ўдарная хваля, якая паскарае часціцы да амаль хуткасці святла. Магнітныя палі захопліваюць часціцы, дзе яны атрымліваюць усё больш і больш энергіі, калі яны перамяшчаюць ударны фронт. У рэшце рэшт, яны збіраюць дастатковую колькасць энергіі, каб дасягнуць хуткасці ўцёкаў і хадзіць па прасторы. Аднак, паводле абсерваторыі П'ера Огера, даследаванне спарвання УВЭКР і галактык зорных выбухаў па-ранейшаму пакідае 90% назіранняў без уліку, што азначае, што лепшае супадзенне ўсё ж павінна быць там.

У абсерваторыі П'ера Огера ў Аргенціне пражывае 1660 барэляў вады, якія ахопліваюць 1860 м² (3000 км²). Трубы, усталяваныя на рэзервуарах, рэагуюць на электрамагнітныя ўдарныя хвалі, калі часціца трапляе ў дэтэктар.

Адной з праблем, калі выказаць здагадку, што такія падзелы, як гама-выбухі і пульсары, з'яўляюцца крыніцамі гэтых часціц, гэта тое, што яны не маглі прыйсці здалёк. Калі б часціцы былі далей за 1–200 000 000 светлавых гадоў, уся іх энергія была б страчана ў выніку ўзаемадзеяння з касмічным выпраменьваннем фону. Але падзеі ў межах гэтага дыяпазону павінны быць выразна бачныя нам тут, на Зямлі, але крыніцы гэтых прамянёў не знойдзена. Хаця, мабыць, існуе гарачая кропка вакол магістралі Урса (Вялікая Мядзведзь), адкуль паходзіць чвэрць гэтых касмічных прамянёў. Праблема з трасіроўкай гэтых часціц да іх крыніц заключаецца ў тым, што, у адрозненне ад нейтрына, якія рухаюцца па прамой ад крыніцы да месца прызначэння, касмічныя прамяні адхіляюцца магнітнымі палямі падчас падарожжа (сюды ўваходзяць магнітныя палі нашага Млечнага Шляху). Калі часціцы цяжэйшыя, яны таксама зменяцца, бо яны губляюць энергію і разбураюцца, ператвараючыся ў іншы тып часціц на шляху да нас.

Прыбыўшы на нашу планету, такія дэтэктары, як CREAM (Cosmic-Ray Energy and Mass Research), размешчаныя ў стратасферы над Антартыдай, могуць збіраць інфармацыю пра энергію, тып і кірунак якія ўваходзяць часціц. У той час як дэтэктар быў усталяваны на касмічнай станцыі (вядомай як ISS-CREAM), дзе ён знаходзіўся ў лепшым становішчы для вывучэння UHECR, ён быў закрыты ў лютым гэтага года. На шчасце, масівы дэтэктараў на зямлі працягваюць збіраць дадзеныя. Калі часціцы трапляюць у атмасферу, яны адпраўляюцца ў каскад - паветраны душ - які ўзбуджае азот у паветры. Пасля выключэння ўздзеяння выпраменьванне вырабляе флуарэсцэнцыю, выяўленую тэлескопамі.

Больш экзатычныя тэорыі прапануюць звышцяжкую цёмную матэрыю, якая распадаецца на часціцы UHECR, якія мы бачым, хаця гэтая ідэя мяркуе, што большасць часціц павінны быць фотанамі і нейтрына. Паводле цяперашніх назіранняў, гэта не так. Гіпатэтычныя аб'екты, якія засталіся ад Вялікага выбуху (даменныя сцены або касмічныя радкі), могуць выклікаць касмічныя прамяні пасля іх развалу, але ніякіх доказаў для гэтых структур ніколі не было знойдзена.

Чырвоная вобласць у Паўночным паўшар'і - гэта месца, дзе часцей за ўсё назіраліся назіранні. Гэта меркаваная

Касмічныя прамяні аказваюць смешнае ўздзеянне на людзей у космасе. Яны нясуць адказнасць за яркія плямы святла ў вачах касманаўтаў і, магчыма, могуць прывесці да пашкоджання гледжання і кагнітыўных пабочных эфектаў. Плямы часам выяўляюцца больш смелымі пражылкамі або аблокамі. Дастатковая экспазіцыя таксама можа прывесці да мутаваных клетак, што робіць касмічныя прамяні не толькі пераканаўчымі і загадкавымі, але і адной з самых вялікіх перашкод на шляху пілатуемых касмічных падарожжаў. Шмат у чым мы цяпер ведаем не нашмат больш, чым гэта было ў пачатку 1900-х гадоў, калі гэтыя часціцы былі ўпершыню выяўлены. На працягу многіх гадоў яны здзіўлялі нас, пазбягалі нас, і цяпер кідаем выклік нам унесці спосаб жыць з імі, калі мы будзем падарожнічаць па сусвеце, як і яны.