Vaizdo kreditas: NASA
Astronomai mano, kad gama spinduliuotės sprogimai, galingiausi Visatos sprogimai, gali generuoti ypač aukštos energijos kosminius spindulius, energingiausias Visatos daleles. NASA neeksploatuotos „Compton Gamma-Ray“ observatorijos surinkti įrodymai parodė, kad vienu iš gama spindulių sprogimo atvejų šios didelės energijos dalelės dominavo srityje, sukuriančioje ryšį tarp jų, tačiau to vargu ar pakanka, kad būtų galima teigti, kad jos yra galutinai susijusios. .
Remiantis nauja NASA Komptono gama-spindulių observatorijos stebėjimų analize, galingiausi visatos sprogimai, gama spinduliuotės sprogimai, gali generuoti energetiškiausias Visatos daleles, žinomas kaip ypač aukštos energijos kosminiai spinduliai (UHECR).
Tyrėjai rugpjūčio 14 d. Leidinyje „Nature“ praneša apie naujai nustatytą modelį, atsižvelgiant į šiuos mįslingus sprogimus, kuriuos galima paaiškinti protonais, judančiais plaukų ilgio šviesos greičiu.
Šie protonai, kaip ir sprogimo šrapnelis, gali būti UHECR. Tokie kosminiai spinduliai yra reti ir sudaro nuolatinę astrofizikos paslaptį, neva paneigiančią fizinį paaiškinimą, nes jie tiesiog yra per daug energingi, kad juos generuotų žinomi mechanizmai, tokie kaip supernovos sprogimai.
„Kosminiai spinduliai„ pamiršta “, iš kur jie kyla, nes, skirtingai nei šviesa, juos erdvėje plaka magnetiniai laukai“, - sakė vadovaujančioji autorė Maria Magdalena Gonzalez iš Naujosios Meksikos Los Alamoso laboratorijos ir Viskonsino universiteto magistrantė. „Šis rezultatas yra jaudinanti proga pamatyti įrodymus, kad jie buvo gaminami jų šaltinyje“.
Gama spindulių sprogimai - paslaptis, kuriuos mokslininkai pagaliau pradeda išsiaiškinti - gali spindėti taip nuostabiai, kaip milijonas trilijonų saulės, ir daugelis jų gali kilti iš neįprastai galingo tipo sprogstančios žvaigždės. Sprogimai yra įprasti, tačiau atsitiktiniai ir trumpalaikiai, trunkantys tik sekundes.
Kosminiai spinduliai yra atominės dalelės (pavyzdžiui, elektronai, protonai ar neutrinai), judančios arti šviesos greičio. Mažesnės energijos kosminiai spinduliai bombarduoja Žemę, varomi saulės spindulių ir būdingų žvaigždžių sprogimų. UHECR, kiekviena atominė dalelė, nešanti pagrindinėse lygose išmesto beisbolo energiją, yra šimtą milijonų kartų energingesnė nei dalelės, susidarančios didžiuosiuose žmogaus sukurtuose dalelių greitintuvuose.
Mokslininkai teigia, kad UHECR turi būti generuojami palyginti arti Žemės, nes visos dalelės, keliaujančios toliau nei 100 milijonų šviesos metų, prarastų dalį savo energijos, kol pasiektų mus. Tačiau nė vienas vietinis įprastų kosminių spindulių šaltinis neatrodo pakankamai galingas, kad sugeneruotų UHECR.
Gonzalezo vadovaujamame darbe dėmesys kreipiamas ne tik į UHECR gamybą, bet į naują šviesos modelį, matomą gama spindulių sprogoje. Kai įsigilino į „Compton“ observatorijos archyvus (misija baigėsi 2000 m.), Grupė nustatė, kad gama spindulių sprogimas nuo 1994 m., Pavadintas GRB941017, atrodo kitaip nei kiti 2700 - kai kurie šio kosminio laivo užfiksuoti sprogimai. Šis sprogimas buvo Sagitta žvaigždyno, Rodyklės, greičiausiai esančio dešimties milijardų šviesmečių atstumu.
Tai, ką mokslininkai vadina gama spinduliais, yra fotonai (šviesos dalelės), apimantys platų energijos diapazoną, iš tikrųjų daugiau nei milijoną kartų platesni už energijas, kurias mūsų akys registruoja kaip vaivorykštės spalvas. Gonzalezo grupė pažvelgė į didesnės energijos gama spindulių fotonus. Mokslininkai nustatė, kad sprogimo metu vyravo šie fotonų tipai: Jie vidutiniškai buvo bent tris kartus galingesni nei mažesnės energijos sudedamoji dalis, tačiau, stebėtina, kad maždaug po 100 sekundžių tūkstančius kartų galingesni.
T. y., Nors palydovo detektorius smogė mažesnės energijos fotonų srautas, o aukštesnės energijos fotonų srautas išliko tolygus. Išvada prieštarauja populiariajam „sinchrotrono šoko modeliui“, apibūdinančiam daugumą sprogimų. Taigi kas galėtų paaiškinti šį aukštesnės energijos fotonų praturtėjimą?
„Vienas paaiškinimas yra tas, kad atsakingi labai aukštos energijos kosminiai spinduliai, tačiau reikia tiksliai apskaičiuoti, kaip jie sukuria gama spindulius pagal mūsų matomus energijos modelius“, - sakė dr. Brenda Dingus iš LANL, bendraautorė popieriuje. „Kai kuriuos teoretikus stengsimės išsiaiškinti.“
Atidėtas ypač aukštos energijos elektronų įpurškimas yra dar vienas būdas paaiškinti netikėtai didelį didelės energijos gama spinduliuotės srautą, stebėtą GRB 941017. Bet šiam paaiškinimui reikėtų peržiūrėti standartinį sprogojimo modelį, sakė bendraautorius dr. Charlesas Dermeris. JAV jūrų tyrimų laboratorijos Vašingtone teorinis astrofizikas. „Bet kuriuo atveju šis rezultatas atskleidžia naują procesą, vykstantį gama spinduliuote,“ - sakė jis.
Gama spinduliuotės sprogimų nebuvo aptikta per 100 milijonų šviesos metų nuo Žemės, tačiau per amžius tokio tipo sprogimai galėjo įvykti vietoje. Jei taip, pasak Dingus, jos grupės pamatytas mechanizmas GRB 941017 galėjo būti dubliuotas arti namų, pakankamai arti, kad galėtų tiekti UHECR, kuriuos matome šiandien.
Kiti sprogdinimai „Compton“ observatorijos archyve galėjo būti panašūs, tačiau duomenys nėra įtikinami. NASA gama spinduliuotės didelio kosminio teleskopo (GLAST), kurį planuojama pradėti eksploatuoti 2006 m., Detektoriai turės pakankamai galingą detektorių, kad išspręstų didesnės energijos gama spindulių fotonus ir išspręstų šią paslaptį.
„Nature“ ataskaitos bendraautoriai taip pat yra daktaras. abiturientai Yuki Kaneko, dr. Robertas Preece ir dr. Michaelas Briggsas iš Alabamos universiteto Hantsvilyje. Šį tyrimą finansavo NASA ir Karinių jūrų laivybos tyrimų biuras.
UHECR yra stebimi, kai jie patenka į mūsų atmosferą, kaip parodyta paveiksle. Susidūrimo metu susidaro milijardai subatominių dalelių ir ultravioletinės šviesos blyksniai, kuriuos aptinka specialūs prietaisai.
Nacionalinis mokslo fondas ir tarptautiniai bendradarbiai rėmė instrumentus vietoje, tokius kaip didelės raiškos skraidančios akys Juta (http://www.cosmic-ray.org/learn.html) ir Augerio observatorija Argentinoje (http: / /www.auger.org/). Be to, NASA bendradarbiauja su Europos kosmoso agentūra, norėdama Tarptautinėje kosminėje stotyje pastatyti Ekstremaliųjų visatos kosmoso observatoriją (http://aquila.lbl.gov/EUSO/). Siūloma OWL misija iš orbitos būtų nukreipta žemyn link oro dušų, žiūrint į tokį didelį regioną kaip Teksasas.
Šie mokslininkai užrašo blyksnius ir surašo subatominį šrapnelį, dirbdami atgal, kad apskaičiuotų, kiek energijos reikia vienai dalelei atmosferos kaskadoje sukurti. Jie pasiekia šokiruojantį 10 ^ 20 ar daugiau elektronų voltų (eV) skaičių. (Palyginimui, geltonos šviesos dalelėje esanti energija yra 2 eV, o jūsų televizoriaus elektronai yra tūkstančių elektronų voltų energijos diapazone.)
Šios ypač aukštos energijos dalelės patiria keistą poveikį, numatytą Einšteino specialiojo reliatyvumo teorijoje. Jei galėtume juos stebėti iš atokesnio kosmoso kampo, tarkime, šimto milijonų šviesmečių atstumu, mes turėtume būti kantrūs - kelionė užtruks šimtą milijonų metų. Tačiau jei galėtume keliauti su dalelėmis, kelionė pasibaigtų mažiau nei per dieną dėl greitai judančių objektų, kuriuos matuoja stebėtojas, laiko kitimo.
Aukščiausios energijos kosminiai spinduliai net negali pasiekti mūsų, jei yra gaminami iš tolimų šaltinių, nes jie susiduria ir praranda energiją su kosminiais mikrobangų fotonais, likusiais nuo didžiojo sprogimo. Šių kosminių spindulių šaltiniai turi būti rasti gana arti mūsų, kelių šimtų milijonų šviesmečių atstumu. Žvaigždės, kurios sprogsta gama spindulių sprogimo metu, randamos per šį atstumą, todėl imamasi intensyvių stebėjimo pastangų ieškant gama spinduliuotės sprogimo liekanų, išsiskiriančių iš kosminių spindulių padarytų radiacijos halų.
Tik nedaugelis dangaus objektų turi ekstremalias sąlygas, reikalingas dalelėms pūsti iki UHECR greičio. Jei gama spinduliuotės pliūpsniai sukuria UHECR, jie greičiausiai tai padaro pagreitindami daleles materijos purkštukuose, išstumtuose iš sprogimo, arti šviesos greičio. Gama spindulių pliūpsniai gali pagreitinti UHECR, tačiau iki šiol stebimi gama spindulių pliūpsniai buvo nutolę, milijardai šviesmečių. Tai nereiškia, kad jie negali atsitikti netoliese, UHECR ribose.
Pagrindinė pretendentė į ilgaamžius gama spinduliuotės sprogimus, tokius kaip GRB941017, yra supernovos / kolasaro modelis. Supernovos įvyksta tada, kai žvaigždė, daug masyvesnė už Saulę, išeikvoja degalus, todėl jos šerdis žlunga pagal savo sunkio jėgą, o išoriniai jo sluoksniai yra išpūsti didžiuliu termobranduoliniu sprogimu. „Kollapsarai“ yra ypatinga supernovos rūšis, kai šerdis yra tokia masyvi, kad ji suyra į juodąją skylę - daiktą, kuris yra toks tankus, kad niekas, net šviesa, negali išbristi iš jo sunkio juodosios skylės įvykio horizonto. Tačiau stebėjimai rodo, kad juodosios skylės yra aplaidūs valgytojai, išmesdami medžiagą, kuri praeina šalia, bet neperžengia jų įvykių horizonto.
Kolpsaryje žvaigždės šerdis suformuoja medžiagos diską aplink naujai suformuotą juodąją skylę, pavyzdžiui, vanduo, besisukantis aplink kanalizaciją. Juodoji skylė sunaudoja didžiąją dalį disko, tačiau kai kurios medžiagos purškiamos purkštukais iš juodosios skylės polių. Purkštukai sklinda pro griūvančią žvaigždę arti šviesos greičio, o tada pramuša pro pasmerktą žvaigždę supančias dujas. Kai purkštukai patenka į tarpžvaigždinę terpę, jie sukuria smūgio bangas ir sulėtėja. Vidiniai smūgiai taip pat susidaro purkštukuose, nes jų priekinės briaunos lėtėja ir iš už nugaros sklinda greitaeigių medžiagų srautas. Smūgiai pagreitina daleles, generuojančias gama spindulius; jie taip pat gali padidinti daleles iki UHECR greičio, pasak komandos.
„Tai panašu į ping-pongo rutulio atšokimą tarp irklo ir stalo“, - sakė Dingusas. Kai jūs perkeliate irklą arčiau stalo, kamuolys rutuliojasi vis greičiau. Gama spindulių sprogimo metu irklas ir stalas yra apvalkalai, išmetami į purkštuką. Turbulentiški magnetiniai laukai priverčia daleles rikošetas tarp apvalkalų, pagreitindami jas iki beveik šviesos greičio, kol jos išsisklaido kaip UHECR. “
Aptikus neutrinus iš gama spinduliuotės sprogimų, būtų galima nustatyti kosminio spinduliuotės pagreitį gama spinduliuote. Neutrinai yra nemandagios dalelės, susidarančios, kai didelės energijos protonai susiduria su fotonais. Neutrinai neturi elektros krūvio, todėl vis tiek atsukite į šaltinio kryptį.
Nacionalinis mokslo fondas šiuo metu stato „IceCube“ (http://icecube.wisc.edu/), kubinių kilometrų detektorių, esantį lede po Pietų ašigaliu, kad būtų galima išsiaiškinti, ar iš neutralino išsiskyrė gama spinduliai. Vis dėlto didžiausios energijos dalelių greitintuvo charakteristikos išlieka neišliekančia paslaptimi, nors sprogstamųjų žvaigždžių, kurios sukelia gama spindulius, pagreitis buvo palankus nuo tada, kai Mario Vietri („Universita di Roma“) ir Eli Waxman (Weizmanno institutas) pasiūlė tai. 1995 m.
Komanda mano, kad nors šiam stebėjimui galimi ir kiti paaiškinimai, rezultatas atitinka UHECR pagreitį gama spinduliuote. GRB941017 sprogimo metu jie matė ir mažai energijos, ir daug energijos reikalaujančius gama spindulius. Mažos energijos gama spinduliai yra tai, ko mokslininkai tikisi iš greitųjų elektronų, kuriuos nukrypsta intensyvus magnetinis laukas, tuo tarpu didelės energijos spinduliai yra tokie, kokių tikimasi, jei kai kurie iš UHECR, susidariusių sprogus, patenka į kitus fotonus ir sukuria dalelių dušą , kai kurie iš jų mirksi ir sukuria didelės energijos gama spindulius, kai jie suyra.
Gama spinduliuotės išsiskyrimo laikas taip pat yra reikšmingas. Mažai energijos gaunantys gama spinduliai išnyko palyginti greitai, tuo tarpu aukštos energijos gama spinduliai svyravo. Tai prasminga, jei dvi skirtingos klasės dalelės - elektronai ir UHECR protonai - yra atsakingos už skirtingus gama spindulius. „Elektronams daug lengviau nei protonams spinduliuoti energiją. Todėl mažos energijos gama spindulių spinduliavimas iš elektronų būtų trumpesnis nei didelės energijos gama spindulių iš protonų “, - teigė Dingus.
„Compton“ gama spindulių observatorija buvo antroji iš NASA didžiųjų observatorijų ir gama spinduliuotė atitiko Hablo kosminį teleskopą ir „Chandra“ rentgeno spindulių observatoriją. „Comptonas“ buvo paleistas į „Space Shuttle Atlantis“ laive 1991 m. Balandžio mėn., O jo svoris buvo 17 tonų. Tai buvo didžiausia tuo metu skraidyta astrofizinė krova. Pasibaigus novatoriškajai misijai, „Compton“ buvo deorbituotas ir 2000 m. Birželio 4 d. Vėl pateko į Žemės atmosferą.
Originalus šaltinis: NASA naujienų leidinys
