Razele cosmice cu energie ultraînaltă provin din afara Căii Lactee

Vizualizați videoclipul

Cel mai mare studiu de până acum al celor mai energice particule care se lovesc de Pământ oferă primele indicii solide despre unde provin particulele. Folosind o serie uriașă de căzi cu apă, oamenii de știință au descoperit că aceste raze cosmice cu energie ultraînaltă își au originea în principal în afara Căii Lactee.

O echipă internațională a analizat aproximativ 12 ani de date pentru a arăta că particulele cu energii de peste 8 miliarde de miliarde de electroni volți provin în general dintr-o anumită direcție a cerului și nu este centrul galaxiei. Cercetătorii își raportează descoperirile în 22 septembrie Ştiinţă.

„Este primul indiciu experimental clar că sursele acestor particule de înaltă energie sunt situate în afara propriei noastre galaxii, probabil undeva în universul din apropiere”, spune Karl-Heinz Kampert de la Universitatea Wuppertal din Germania, purtător de cuvânt al Pierre Pierre. Auger Collaboration, care a făcut descoperirea.

Razele cosmice sunt nuclee atomice care trec prin spațiu la cele mai înalte energii observate în natură. Un motor necunoscut le accelerează la energii de 100 de milioane de ori mai mari decât cea a protonilor din Large Hadron Collider, cel mai mare accelerator de particule de pe Pământ (SN: 19.07.08, str. 16).

Sugestiile anterioare au sugerat că razele cosmice ar putea fi amplificate la viteze atât de mari de fenomene violente, cum ar fi exploziile stelare (SN: 12/5/09, str. 8), supernove (SN: 23/03/13, str. 16) și găuri negre supermasive în centrele galaxiilor – posibil inclusiv gaura neagră din mijlocul Căii Lactee (SN: 11/10/07, str. 291). Dar particulele încărcate sunt greu de urmărit înapoi la casele lor, deoarece câmpurile magnetice din spațiu împrăștie razele precum ceața împrăștie lumina. Pentru a depăși această incertitudine, cercetătorii au nevoie de o mulțime de particule.

„Este o problemă foarte greu de atacat, poate cea mai grea problemă din astrofizica de înaltă energie”, spune fizicianul astroparticulelor Vasiliki Pavlidou de la Universitatea din Creta din Heraklion, Grecia, care nu a fost implicat în noua lucrare.

Observatorul Pierre Auger din Argentina găsește acele particule folosind o colecție de 1.600 de căzi de apă ultrapură dispuse pe o suprafață de 3.000 de kilometri pătrați. Această răspândire oferă observatorului o șansă mai bună de a detecta razele cosmice de ultraînaltă energie, care sunt atât de rare încât doar o particulă lovește fiecare kilometru pătrat de atmosfera Pământului pe an.

Povestea continuă după videoclip

POVESTE DE ORIGINEA Razele cosmice cu energie ultraînaltă pot călători sute de milioane de ani lumină pentru a ajunge la detectoarele de pe Pământ, arată un nou studiu. Această animație conturează călătoria razelor către Pământ dintr-un posibil punct de plecare: lansarea dintr-o gaură neagră din centrul unei galaxii îndepărtate. Oamenii de știință încă nu știu cum razele obțin energii atât de mari. A. Grillo, V. Napolano, F. Grigoletto, C. Hinterman și M. Salvucci

Din fericire, căzile nu trebuie să detecteze direct razele cosmice individuale. În schimb, structurile captează cascada de particule pe care razele cosmice le produc atunci când se lovesc în atmosfera Pământului, numită duș de aer. Când electronii, protonii, muonii și pionii dușului de aer trec prin căzile de apă, particulele emit o mică explozie de lumină numită radiație Cherenkov. Viteza, direcția și ora de sosire a acelei lumini pot ajuta la identificarea de unde provine raza cosmică originală.

Observatorul a captat 30.000 de raze cosmice de energie ultraînaltă între 1 ianuarie 2004 și 31 august 2016. Echipa a descoperit că, în comparație cu densitatea medie a particulelor lovite pe întreg cerul, cu aproximativ 6% mai puține particule au venit din centrul Lăptoasei. Cale. Puțin mai multe particule au venit dintr-o direcție la aproximativ 120 de grade distanță de centrul galactic.

În mod intrigant, excesul indică în direcția celui mai apropiat grup de galaxii de Calea Lactee, situat între 300 de milioane și 900 de milioane de ani lumină de Pământ. Acea descoperire sugerează că razele cosmice sunt produse în unele galaxii, spune Kampert – doar că nu ale noastre.

Încercarea de a identifica care galaxii și a vedea dacă există vreun model care leagă sunt următorii pași. Această cercetare ar putea ajuta la îngustarea proceselor care pot accelera razele cosmice. „Ceea ce am dori să înțelegem este nu numai ce fel de surse sunt, ci și cum funcționează aceste surse”, spune Kampert.

Noul rezultat este „cel mai interesant lucru care sa întâmplat în acest domeniu de foarte mult timp”, spune Pavlidou. „Cred că primul experiment care va stabili de unde provin aceste particule va primi Premiul Nobel. Dar este foarte greu. Cred că mai avem un deceniu de trecut.”