Neki kozmički zraci dolaze izvan Galaksije

Astronomi su otkrili ekstremno energičnije kozmičke čestice koje dolaze s jedne strane neba od druge.

Ovaj umjetnik s koncept prikazuje primjer zračnog tuša sekundarnih čestica koje stvara kozmička zraka kada udari u Zemljinu atmosferu. Bijela konstrukcija jedan je od spremnika za vodu koji služe kao detektor zračenja Cherenkov za opservatorij Pierre Auger u zapadnoj Argentini.
A. Chantelauze / S. Staffi / L. Bret

Čestice koje putuju priličnim udjelima brzine svjetlosti stalno su udarale na Zemlju. Ove smiješno energetske cjeline, zvane kozmičke zrake, su protoni i veća atomska jezgra iz svemira. Njihove energije se kreću u rasponu od oko milijardu do više od 10 milijuna trilijuna elektrona (10 9 do 10 20 eV) ili do 10 milijuna puta više od energije kojom Veliki hadronski sudarač razbija protone zajedno. (Uzgred, zato znamo da LHC neće stvoriti opasne mikroskopske crne rupe.)

Astronomi misle da kozmičke zrake niže energije (koje su daleko češće) dolaze iz Mliječnog puta, osobito iz regija koje stvaraju zvijezde i ostataka supernove. Za one energičnije we re govoreći 1000 trilijuna eV smatra se da dolaze izvan galaksije.

Najbolji način je utvrditi iz kojeg smjera dolaze kozmičke zrake. Ali to nije lako. Magnetsko polje Mliječnog Puta skreće staze tih čestica, analogno onome kako gusta magla raspršuje svjetlost, John Gallagher III i Francis Halzen (oba University of Wisconsin, Madison) pišu perspektivno u Nauci od 22. rujna. "Kao što se čini da svjetlost dolazi iz svih smjerova, jer se raspršuje na kratke udaljenosti u magli, tako izgleda da kozmičke zrake razasute magnetskim poljem jednoliko dolaze nebom", objašnjavaju.

Ali što je čestica energičnija, to su joj veće šanse za izbjegavanje magnetske magle. Oni najenergičniji trebali bi biti u mogućnosti putovati neometano, što znači da astronomi moraju odrediti odakle dolaze. Prethodni rad nagovijestio je postojanje barem jednog žarišta.

Dijagram cijelog neba viška kozmičke zrake. Karta je u galaktičkim koordinatama, što znači da ravnina Mliječnog puta leži duž središnje vodoravne osi. Gradijent boja je za čestice čija je energija veća od 8 milijuna trilijuna elektrona (EeV). Križ i okolne konture označavaju smjer "dipola". Oznaka 2MRS je za vrhunac u distribuciji galaksije, a strelice označavaju sumnjive smjernice za odbitak manje energetskih kozmičkih zraka koje dolaze iz smjera 2MRS i susreću se s magnetskim poljem Mliječnog Puta. Međutim, te su čestice manje energetske od onih koje pokazuju dvotonu raspodjelu.
Pierre Auger Suradnja / Znanost 2017: DOI 10.1126 / science.aan4338

Sada, Pierre Auger suradnja izvješćuje da vide više najbržih kozmičkih zraka koje dolaze s jedne strane neba nego s druge.

Opservatorij Pierre Auger koristi 1.600 spremnika, svaki napunjen s 12 tona vode, proširen na 3.000 kvadratnih kilometara (1.200 četvornih milja) u Argentini kako bi otkrio kozmičke zrake i tuše čestica koje stvaraju u Zemljinoj atmosferi. Tijekom 14 godina suradnja je otkrila 30 000 kozmičkih zraka s energijama većim od 8 milijuna trilijuna eV. Prateći svaku česticu do njezinog podrijetla na nebu, tim je pronašao dipolni uzorak - jedna strana ima više od druge.

Učinak nije mnogo: za iste veličine neba i po četvornom kilometru tla prekrivenog spremnikom koji prima čestice, godišnje se otkriva 0, 08 čestica koje dolaze s jedne na drugu stranu. (Za usporedbu, u prosjeku otprilike jedna čestica pogodi po kvadratnom kilometru godišnje.) Ali razlika je tu.

Na nebu se središte dipola nalazi u blizini Canis Major, odmah ispod galaktičke ravnine. Tim u istom izdanju Sciencea bilježi da i više galaksija leži na ovoj strani neba, tako da možda postoji povezanost s kozmičkom strukturom koja okružuje Mliječni put. Međutim, podudaranje nije točno; još uvijek nije jasno postoji li povezanost.

Bez obzira na to, raspodjela nije ono što se očekuje ako ove kozmičke zrake dolaze s Mliječnog puta. Dvotonski učinak je također 10 puta jači od onoga što bi izazvalo gibanje Zemlje u odnosu na kozmičke strukture. Stoga rezultat snažno pogoduje dugogodišnjoj ideji da najenergičnije kozmičke zrake dolaze izvan naše galaksije.

Reference:

Suradnja Pierrea Augera. „Promatranje anizotropije velikih razmjera u smjerovima dolaska kozmičkih zraka oko 8 × 10 18 eV.“ Znanost . 22. rujna 2017.

John S. Gallagher III i Francis Halzen. „Novi kut na kozmičke zrake.“ Znanost . 22. rujna 2017.


Krenite s početkom sljedeće godine: pokupite najnovije kalendare Sky & Telescope i almanake.