Кредитна слика: НАСА
Астрономи верују да експлозије гама зрака, најмоћније експлозије у Универзуму, могу да стварају космичке зраке ултра-високе енергије, најенергичније честице Универзума. Докази прикупљени од НАСА-ино депонираног гуме-Раи опсерваторија Цомптон показали су да су у једном случају пуцања гама зрака ове честице високе енергије доминирале у подручју што даје везу између њих, али то је једва довољан доказ да би се могло рећи да су они у потпуности повезани .
Најмоћније експлозије у свемиру, гама зраци, могу да генеришу најенергичније честице у свемиру, познате као космичке зраке ултра-високе енергије (УХЕЦРс), показала је нова анализа опажања НАСА-овог Цомптон Гамма-Раи опсерваторија.
Истраживачи извештавају у часопису Натуре за 14. август о новом идентификованом обрасцу у светлу ових енигматичних рафала који би се могли објаснити протонима који се крећу унутар ширине косе брзином светлости.
Ови протони, попут шрапнела од експлозије, могли би бити УХЕЦР. Такви космички зраци су ретки и представљају трајну мистерију астрофизике, наизглед пркосећи физичком објашњењу, јер су једноставно превише енергетски да би их створили добро познати механизми као што су експлозије супернове.
„Козмички зраци„ заборављају “одакле потичу јер их, за разлику од светлости, магнетним пољима пребијају у свемир,“ рекла је главна ауторка Марија Магдалена Гонзалез из Националне лабораторије Лос Аламос у Новом Мексику и студентица постдипломских студија на Универзитету Висконсин. „Овај резултат је узбудљива шанса да се вероватно виде сведочења о томе како се производе у њиховом извору.“
Експлозија гама зрака - мистерија научника коначно почиње да се открива - може блистати сјајно као милион билиона сунца, а многи могу бити од необично моћне врсте звезде која експлодира. Рафали су уобичајени, али случајни и пролазни, трају само секунде.
Космичке зраке су атомске честице (на пример, електрони, протони или неутрини) који се крећу у близини светлосне брзине. Космички зраци ниже енергије непрекидно бомбардовају Земљу, покрећући их соларним бакљама и типичним експлозијама звезда. УХЕЦР, са сваком атомском честицом која носи енергију бејзбола баченог у главне лиге, сто су милиона пута енергичнији од честица произведених у највећим акцелераторима честица које стварају људи.
Научници кажу да се УХЕЦР-ови морају генерисати релативно близу Земље, јер би свака честица која путује више од 100 милиона светлосних година изгубила део своје енергије до тренутка када је стигла до нас. Ипак, ниједан локални извор обичних космичких зрака не делује довољно моћно да створи УХЕЦР.
Папир који се води под Гонзалезом није усмерен посебно на производњу УХЕЦР-а, већ на нови узорак светлости који се виђа приликом пуцања гама зрака. Копајући дубоко у архивима Оптон опсерваторије (мисија је окончана 2000.), група је открила да се гама-рафал из 1994. године, назван ГРБ941017, чини другачијим од осталих 2700 рафала које је забележио овај свемирски брод. Овај рафал лоциран је у правцу сазвежђа Сагитта, Стрела, вероватно удаљеног десет милијарди светлосних година.
Оно што научници називају гама зракама су фотони (честице светлости) које покривају широк распон енергија, у ствари преко милион пута шире од енергије коју наше очи региструју као боје дуге. Гонзалезова група погледала је фотоне гама зрака већих енергија. Научници су открили да су ове врсте фотона доминирале у рафалу: Они су у просеку били најмање три пута снажнији од компоненте са нижом енергијом, зачудо, хиљаде пута снажније након око 100 секунди.
То јест, док је проток фотона са нижом енергијом који удара у сателитске детекторе почео да се смањује, проток фотона више енергије је остао стабилан. Овај налаз није у складу са популарним „моделом синкротронског удара“ који описује већину рафала. Па шта би могло објаснити ово обогаћивање фотона више енергије?
„Једно од објашњења је да су космичке зраке ултра-високе енергије одговорне, али тачно како они стварају гама зраке са енергетским обрасцима које смо видели потребно је много израчунати“, рекла је др Бренда Дингус из ЛАНЛ-а, коаутора на овом документу. "Бићемо заузети неке теоретичаре покушавајући да то схватимо."
Одложено убризгавање електрона са ултра-високом енергијом пружа још један начин да се објасни неочекивано велики високо-енергетски ток гама зрака примећен у ГРБ 941017. Али ово објашњење би захтевало ревизију стандардног модела пуцања, рекао је коаутор др Цхарлес Цхарлес Дермер, теоријски астрофизичар у америчкој лабораторији за поморска истраживања у Васхингтону. "У оба случаја, овај резултат открива нови процес који се дешава у рафалима гама зрака", рекао је.
Нису откривени експлозије гама зрака које потичу у року од 100 милиона светлосних година од Земље, али током еона ове су се експлозије могле догодити локално. Ако је то тако, рекао је Дингус, механизам који је њена група видела у ГРБ 941017 могао се дуплицирати близу куће, довољно близу да обезбеди УХЕЦР-ове какве данас видимо.
Остали рафали у архиви Опсерваторије Цомптон можда су показали сличан образац, али подаци нису коначни. НАСА-ин Гамаст-свемирски телескоп велике површине (ГЛАСТ), предвиђен за лансирање 2006. године, имаће довољно снажне детекторе да разреше фотоне високих енергија гама зрака и да разреше ову мистерију.
Коаутори у извештају о природи такође укључују др. Сц. дипломски студент Иуки Канеко, др Роберт Прееце и др Мицхаел Бриггс са Универзитета Алабама у Хунтсвиллеу. Ово истраживање финансирали су НАСА и Канцеларија за поморство.
УХЕЦР се примећују када падну у нашу атмосферу, као што је приказано на слици. Енергија од судара производи ваздушни туш милијарди субатомских честица и бљескова ултраљубичастог светла, који се откривају посебним инструментима.
Национална фондација за науку и међународни сарадници на терену су спонзорисали инструменте, као што су Летеће очи високе резолуције у Јути (хттп://ввв.цосмиц-раи.орг/леарн.хтмл) и Опсерваториј Агер у Аргентини (хттп: / /ввв.аугер.орг/). Поред тога, НАСА сарађује са Европском свемирском агенцијом на постављању Свемирског опсерваторија за екстремне свемире (хттп://акуила.лбл.гов/ЕУСО/) на Међународној свемирској станици. Предложена мисија ОВЛ би са орбите гледала према доле, посматрајући регион велик као Тексас.
Ови научници снимају бљескове и врше попис субатомских шрапнела, радећи уназад како би израчунали колико енергије треба једна честица да би направила атмосферску каскаду. Долазе до шокантне бројке од 10 ^ 20 електронских волти (еВ) или више. (За поређење, енергија у честици жуте светлости је 2 еВ, а електрони у вашој телевизијској цеви су у енергетском распону од хиљаду волти.)
Ове честице ултра-високе енергије доживљавају бизарне ефекте које је предвидјела Еинстеинова теорија посебне релативности. Ако бисмо могли да их посматрамо како долазе из далеког угла космоса, рецимо на стотину милиона светлосних година, морали бисмо бити стрпљиви - требаће вам стотину милиона година да завршимо пут. Међутим, ако бисмо могли да путујемо са честицама, путовање је завршено за мање од једног дана због повећања времена објеката који се брзо крећу, мерено посматрачем.
Козмички зраци највише енергије не могу до нас доћи чак ни ако су произведени из удаљених извора, јер се сударају и губе енергију са космичким микровалним фотонима који су преостали од великог праска. Извори ових космичких зрака морају се наћи релативно близу нас, на удаљености од неколико стотина милиона светлосних година. Звезде које експлодирају као експлозије гама зрака налазе се на овој удаљености, тако да су у току интензивни посматрачки напори да се пронађу остаци праска гама који се разликују по халосама зрачења космичких зрака.
Мало врста небеских објеката има екстремне услове потребне да се честице експлодирају на УХЕЦР брзине. Ако експлозије гама зрака производе УХЕЦР-ове, то вероватно чине убрзавањем честица у млазовима материје избачене експлозијом брзином светлости. Експлозија гама зрака има снагу за убрзавање УХЕЦР-а, али досад запажени гама зраци били су удаљени, удаљени су милијарде светлосних година. То не значи да се они не могу догодити у близини, унутар границе УХЕЦР.
Водећи кандидат за дуготрајне врсте гама зрака попут ГРБ941017 је модел супернове / колапсара. Супернове се дешавају када звезда многоструко масивнија од Сунца исцрпи своје гориво, узрокујући да се њено језгро уруши под сопственом гравитацијом, док су њени спољни слојеви испухани у огромној термонуклеарној експлозији. Колапсари су посебна врста супернове где је језгро толико масивно да се срушава у црну рупу, предмет толико густ да ништа, па ни светлост, не може да избегне своју гравитацију унутар хоризонта догађаја црне рупе. Међутим, запажања показују да су црне рупе неискрени једари, који избацују материјал који пролази близу, али не прелази, њихове хоризонте догађаја.
У колапсару, звездно језгро формира диск материјала око новоформиране црне рупе, попут воде која се врти око дренаже. Црна рупа троши већину диска, али нека се материја експлодира у млазовима са стубова црне рупе. Млазнице пролазе кроз звезду која се урушава брзином светлости, а затим пробијају гас који окружује осуђену звезду. Док се млазови упадају у међузвездни медиј, они стварају ударне таласе и успоравају. Унутрашњи ударци се такође формирају у млазовима, јер им водеће ивице успоравају и иза леђа их удара струја велике брзине. Ударци убрзавају честице које стварају гама зраке; они би такође могли убрзати честице до УХЕЦР брзине, тврди тим.
„То је попут преметања лоптице за пинг понг између весла и стола“, рекао је Дингус. „Како померате весло ближе столу, лопта одскакује брже и брже. При експлозији гама зрака, весло и сто су шкољке избачене у млаз. Турбулентна магнетна поља присиљавају честице да рикоширају међу шкољкама, убрзавајући их до скоро брзине светлости пре него што се ослободе као УХЕЦР.
Детекција неутрина из гама-рафала појавила би случај убрзавања космичких зрака експлозијама гама-зрака. Неутрини су неухватљиве честице произведене када се високоенергетски протони сударају с фотонима. Неутрини немају електрично наелектрисање, па се ипак усмерите према правцу свог извора.
Национална научна фондација тренутно гради ИцеЦубе (хттп://ицецубе.висц.еду/), детектор кубних километара смјештен на леду испод Јужног пола, у потрази за емисијом неутрина из експлозије гама зрака. Међутим, карактеристике природних акцелератора са честицама у природи остају трајна мистерија, мада је убрзање експлодирајућих звезда које праве експлозије гама зрака било у корист још од тренутка кад су то предложили Марио Виетри (Университа ди Рома) и Ели Вакман (Веизманн Институте). 1995.
Тим верује да су, иако су могућа друга објашњења за ово опажање, резултат у складу са УХЕЦР убрзањем избијања гама зрака. Они су видели и нискоенергетске и високоенергетске гама зраке у експлозији ГРБ941017. Гама зраке ниске енергије су оно што научници очекују од електрона велике брзине који се одбијају од интензивних магнетних поља, док су високоенергетски зраци оно што се очекује ако се неки од УХЕЦР-а произведених у рафали сруше на друге фотоне, стварајући туш честица од којих неки трепере да производе гама зраке високе енергије када пропадну.
Време емитирања гама зрака је такође значајно. Гама зраци ниске енергије релативно су брзо избледели, док су високоенергетски гама зраци задржавали. Ово има смисла ако су две различите класе честица - електрони и протони УХЕЦР-а - одговорне за различите гама зраке. „Много је лакше од електрона него протона да зраче своју енергију. Стога би емисија гама зрака ниске енергије из електрона била краћа него високоенергетских гама зрака из протона “, рекао је Дингус.
Цомптон Гамма Раи Обсерватори био је други од НАСА-ових великих опсерваторија и гама-зрака еквивалентни Хаббле свемирском телескопу и рендгенском опсерваторију Цхандра. Цомптон је лансиран у свемирски шатл Атлантис у априлу 1991. године и са 17 тона био је највећи астрофизички терет икада летен у то време. На крају своје пионирске мисије, Цомптон је био деорбитан и поново је ушао у Земљину атмосферу 4. јуна 2000.
Изворни извор: НАСА Невс Релеасе
