Astronomowie identyfikują źródło wysokoenergetycznych promieni kosmicznych

Prawie sto lat temu naukowcy zaczęli zdawać sobie sprawę, że część promieniowania, które wykrywamy w ziemskiej atmosferze, nie jest pochodzenia lokalnego. Doprowadziło to ostatecznie do odkrycia promieni kosmicznych, wysokoenergetycznych protonów i jąder atomowych, które zostały pozbawione elektronów i przyspieszone do prędkości relatywistycznych (zbliżonych do prędkości światła). Jednak wciąż istnieje wiele tajemnic związanych z tym dziwnym (i śmiertelnym) zjawiskiem.

Obejmuje to pytania dotyczące ich pochodzenie I jak główny składnik promieni kosmicznych (protony) jest przyspieszany z tak dużą prędkością. Dzięki nowym badaniom przeprowadzonym przez Uniwersytet Nagoya naukowcy po raz pierwszy określili ilość promieni kosmicznych wytwarzanych w pozostałości po supernowej. Badania te pomogły rozwiązać stuletnią zagadkę i są ważnym krokiem w kierunku dokładnego określenia źródła promieni kosmicznych.

Podczas gdy naukowcy uważają, że promieniowanie kosmiczne pochodzi z kilku źródeł – naszego słońca, supernowych, rozbłysków gamma (GRB) i Aktywne jądra galaktyczne (aka kwazary) – ich pochodzenie było tajemnicą od czasu ich pierwszego odkrycia w 1912 roku. Podobnie astronomowie postawili hipotezę, że pozostałości po supernowych (następstwa wybuchów supernowych) są odpowiedzialne za ich przyspieszenie do prawie prędkości światła.

Prysznice wysokoenergetycznych cząstek pojawiają się, gdy energetyczne promienie kosmiczne uderzają w górną część ziemskiej atmosfery. Promienie kosmiczne zostały nieoczekiwanie odkryte w 1912 roku. Źródło ilustracji: Simon Swordy (U. Chicago), NASA.

Podczas podróży przez naszą galaktykę promienie kosmiczne odgrywają rolę w chemicznej ewolucji ośrodka międzygwiazdowego (ISM). W związku z tym zrozumienie ich pochodzenia ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk. W ostatnich latach ulepszone obserwacje skłoniły niektórych naukowców do spekulacji, że pozostałości po supernowych powodują powstawanie promieni kosmicznych, ponieważ protony, które przyspieszają, oddziałują z protonami w ISM, tworząc wysokoenergetyczne promienie gamma (VHE).

Jednak promienie gamma są również wytwarzane przez elektrony oddziałujące z fotonami w ISM, które mogą mieć postać fotonów podczerwonych lub promieniowania z kosmicznego tła mikrofalowego (CMB). Dlatego określenie największego źródła ma kluczowe znaczenie dla określenia pochodzenia promieni kosmicznych. Mając nadzieję rzucić na to światło, zespół badawczy, w skład którego weszli członkowie Uniwersytetu Nagoya, Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii (NAOJ), University of Adelaide, Australia – Zauważyłeś pozostałość po supernowej RX J1713.7? 3946 (RX J1713).

READ  Brytyjskie badanie wykazało, że COVID-19 ma „znaczący i szkodliwy wpływ” na mózg

Kluczem do ich badań było nowe podejście, które opracowali, aby określić źródło promieni gamma w przestrzeni międzygwiazdowej. Wcześniejsze obserwacje wykazały, że intensywność promieni gamma VHE pochodzących od protonów zderzających się z innymi protonami w ISM jest proporcjonalna do gęstości gazu międzygwiazdowego, co można odróżnić za pomocą obrazowania radioliniowego. Z drugiej strony oczekuje się, że promienie gamma generowane przez interakcję elektronów z fotonami w ISM będą proporcjonalne do nietermicznego natężenia promieniowania rentgenowskiego elektronów.

W swoich badaniach zespół oparł się na danych uzyskanych przez High Energy Stereoscopic System (HESS), obserwatorium promieniowania gamma VHE zlokalizowane w Namibii (i obsługiwane przez Instytut Fizyki Jądrowej im. Maxa Plancka). Następnie połączyli to z danymi rentgenowskimi uzyskanymi przez obserwatorium X-ray Multiple Mirror Mission (XMM-Newton) Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz danymi dotyczącymi dystrybucji gazu w ośrodku międzygwiazdowym.

Promienie kosmiczne wytwarzane przez promienie gamma kontra elektrony (u góry) oraz dane uzyskane w ramach obserwacji HESS i XMM-Newton (u dołu). Źródło: Laboratorium Astrofizyczne / Uniwersytet Nagoya

Następnie połączyli wszystkie trzy zestawy danych i ustalili, że protony stanowią 67 ± 8% promieniowania kosmicznego, podczas gdy elektrony promieni kosmicznych stanowią 33 ± 8% – mniej więcej podział 70/30. Wyniki te są przełomowe, ponieważ po raz pierwszy określono potencjalne pochodzenie promieni kosmicznych. Stanowią również najbardziej ostateczny dowód na to, że pozostałości po supernowych są źródłem promieniowania kosmicznego.

Wyniki te pokazują również, że promienie gamma pochodzące od protonów są częstsze w obszarach międzygwiazdowych bogatych w gaz, podczas gdy promienie indukowane przez elektrony są wzmocnione w obszarach ubogich w gaz. Potwierdza to przewidywania wielu badaczy, czyli to, że oba mechanizmy współpracują ze sobą, aby wpływać na rozwój ISM. Powiedziała Profesor emerytowany Yasuo Fukui, który był głównym autorem badania:

„Ta nowa metoda nie byłaby możliwa bez współpracy międzynarodowej. [It] Zostanie on zastosowany do większej liczby pozostałości po supernowych za pomocą Teleskopu Gamma-Ray (CTA) nowej generacji (Cherenkov Telescope Array) oprócz istniejących obserwatoriów, które posłużą jako duży postęp w badaniach nad pochodzeniem promieni kosmicznych.

Oprócz kierowania tym projektem, Fukui od 2003 r. pracuje nad określeniem dystrybucji gazu międzygwiazdowego, wykorzystując Nantan radioteleskop w Obserwatorium Las Campanas w Chile i kompaktowy teleskop australijski. Dzięki profesorowi Gavinowi Roelowi i dr Sabrinie Aeneke z Uniwersytetu w Adelajdzie (współautorzy badania) oraz zespołowi HESS rozdzielczość przestrzenna i czułość obserwatoriów promieniowania gamma osiągnęły wreszcie punkt, w którym można dokonać porównań między nimi.

READ  Uśmiechnięty! Mieszkańcy hrabstwa Dane mogą pozbywać się masek od 2 czerwca | wiadomości lokalne

Tymczasem współautor dr Hidetoshi Sano z NAOJ prowadził analizę zbiorów danych archiwalnych z Obserwatorium XMM-Newton. Pod tym względem niniejsze badanie pokazuje również, w jaki sposób międzynarodowa współpraca i udostępnianie danych umożliwiają wszelkiego rodzaju nowatorskie badania. W połączeniu z ulepszonymi narzędziami, ulepszonymi metodami i większymi możliwościami współpracy prowadzą do ery, w której astrologiczne przełomy stają się normą!

Dogłębna lektura: Uniwersytet w NagoiI Czasopismo Astrofizyczne

Phoebe Newman

"Podróżujący ninja. Rozrabiaka. Badacz bekonów. Ekspert od ekstremalnych alkoholi. Obrońca zombie."

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

Back to top