Οι φυσικοί εντοπίζουν πιθανή πηγή σωματιδίων Oh-My-God
Για δεκαετίες, οι φυσικοί αναζήτησαν τις πηγές των πιο ενεργητικών υποατομικών σωματιδίων στο σύμπαν - τις κοσμικές ακτίνες που χτυπούν την ατμόσφαιρα με τόση ενέργεια όση και καλά πεταμένες μπάλες του μπέιζμπολ. Τώρα, μια ομάδα που συνεργάζεται με το Telescope Array, μια συλλογή 507 ανιχνευτών σωματιδίων που καλύπτουν 700 τετραγωνικά χιλιόμετρα ερήμου στη Γιούτα, παρατήρησε ένα ευρύ «hotspot» στον ουρανό από το οποίο φαίνεται να προέρχονται τέτοιες κοσμικές ακτίνες. Αν και δεν είναι οριστική, η παρατήρηση υποδηλώνει ότι οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται από μια ξεχωριστή πηγή κοντά στον γαλαξία μας και όχι από πηγές απλωμένες σε όλο το σύμπαν.
Οι φυσικοί έχουν ακολουθήσει παρόμοιο δρόμο στο παρελθόν. Το 2007, ερευνητές με το Παρατηρητήριο Pierre Auger, μια ακόμη μεγαλύτερη συστοιχία στην Αργεντινή, ανέφεραν ότι κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας φάνηκαν να πηγάζουν από τις φλογερές καρδιές ορισμένων γαλαξιών - μόνο για να δουν αυτή τη συσχέτιση να εξασθενεί με περισσότερα δεδομένα. Ωστόσο, η ομάδα Telescope Array έχει υιοθετήσει μια πιο καθολική προσέγγιση, αναζητώντας μόνο στοιχεία ότι οι κοσμικές ακτίνες δεν φτάνουν σε ίσους αριθμούς προς όλες τις κατευθύνσεις. "Είναι απλούστερο και πιο άμεσο και επομένως πιο στιβαρό", λέει ο Glennys Farrar, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης (NYU) στη Νέα Υόρκη, ο οποίος δεν συμμετείχε στην εργασία.
Κανείς δεν ξέρει πώς οι κοσμικές ακτίνες υπερυψηλής ενέργειας -κυρίως πρωτόνια ή βαρύτεροι ατομικοί πυρήνες- αποκτούν ενέργεια εκατομμύρια φορές υψηλότερη από ό,τι έχει επιτευχθεί με τους ανθρωπογενείς επιταχυντές σωματιδίων. (Οι φυσικοί που ονομάστηκαν ένας από τους πρώτους που παρατήρησαν το «σωματίδιο Ω-Θεέ μου».) Οι κοσμικές ακτίνες χαμηλότερης ενέργειας πιστεύεται ότι πηγάζουν από τα παρατεταμένα υπολείμματα αστρικών εκρήξεων που ονομάζονται σουπερνόβα. Αλλά τέτοια σύννεφα είναι πολύ μικρά για να παράγουν τις υψηλότερες ενεργειακές κοσμικές ακτίνες. Αντίθετα, οι θεωρητικοί γενικά αναμένουν ότι οι πιο ενεργητικές κοσμικές ακτίνες ανεβαίνουν στροφές για εκατομμύρια χρόνια σε άγνωστους επιταχυντές μεγέθους γαλαξιών.
Το Telescope Array στοχεύει να βοηθήσει στην επίλυση αυτού του μυστηρίου. Όταν μια κοσμική συστοιχία υψηλής ενέργειας χτυπά την ατμόσφαιρα, εξαφανίζεται σε μια χιονοστιβάδα σωματιδίων χαμηλότερης ενέργειας. Αυτά τα σωματίδια ενεργοποιούν τους ανιχνευτές στη συστοιχία, επιτρέποντας στους ερευνητές να συμπεράνουν την κατεύθυνση και την ενέργεια της αρχικής κοσμικής ακτίνας. Από το 2008 έως το 2013, οι ερευνητές εντόπισαν 72 κοσμικές ακτίνες με ενέργειες πάνω από 57 βολτ εξαηλεκτρονίου—15 εκατομμύρια φορές την υψηλότερη ενέργεια που επιτυγχάνεται με έναν επιταχυντή σωματιδίων. Και 19 από αυτά φαίνεται να συγκεντρώνονται σε ένα hotspot στον ουρανό περίπου 20° σε ακτίνα, όπως ανέφερε σήμερα ο Hiroyuki Sagawa, συν-εκπρόσωπος της ομάδας Telescope Array από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο, σε συνέντευξη Τύπου στο πανεπιστήμιο.
Το σήμα δεν είναι αρκετά ισχυρό ώστε οι επιστήμονες να ισχυριστούν μια ανακάλυψη, προειδοποιεί ο Pierre Sokolsky του Πανεπιστημίου της Γιούτα στο Salt Lake City, ένα από τα 125 μέλη της ομάδας Telescope Array. «Είναι μια βελτίωση σε στατιστικό επίπεδο που σηκώνει τα φρύδια», λέει. Εκτελώντας εκατομμύρια προσομοιώσεις στις οποίες στιγματίζουν τον ουρανό με 72 τυχαία σημεία, οι ερευνητές εκτιμούν τις πιθανότητες οι τυχαίες κοσμικές ακτίνες να μπορούν να παράγουν ένα τέτοιο hotspot σε μία στις 2700, εξηγεί η ομάδα Telescope Array σε ένα έγγραφο υπό έκδοση στο The Επιστολές Αστροφυσικού Περιοδικού .
Αλλά η ανάλυση τέτοιων αραιών δεδομένων είναι δύσκολη, λέει ο Karl-Heinz Kampert, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Βούπερταλ στη Γερμανία και εκπρόσωπος της 500μελούς ομάδας Auger. Οι ερευνητές του Telescope Array δεν έχουν κανένα λόγο να περιμένουν ότι ένα hotspot θα έχει ακτίνα 20°, λέει, έτσι δεν μπορούν να είναι σίγουροι ότι δεν έχουν προσαρμόσει αυτό το πλάτος για να τονίσουν ακούσια μια τυχαία συστάδα. Ωστόσο, λέει, είναι εύλογο ότι η ομάδα βλέπει ένα πραγματικό σήμα, πολύ περισσότερο επειδή ο Auger έχει δει εδώ και καιρό παρόμοια σμήνη προς την κατεύθυνση του ενεργού γαλαξία Κένταυρος Α. "Έχουμε αυτό που θα μπορούσατε να ονομάσετε ένα ζεστό σημείο." λέει.
Αλλά αν η Συστοιχία Τηλεσκοπίων αρχίζει να βλέπει μια πηγή κοσμικών ακτίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, τότε η ταυτότητά της παραμένει ασαφής. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι οι κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια δεν μπορούν να προέλθουν από περισσότερα από 500 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, καθώς οι αλληλεπιδράσεις με την παρατεταμένη ακτινοβολία από τη Μεγάλη Έκρηξη θα έπρεπε να σβήσουν τις κοσμικές ακτίνες από πιο μακρινές πηγές. Αλλά κανένας προφανής υποψήφιος για έναν κοντινό κοσμικό επιταχυντή δεν ευθυγραμμίζεται άμεσα με το hotspot, λέει ο Sokolsky. Σημειώνει, ωστόσο, ότι σε αυτή την περιοχή ένα νήμα γαλαξιών συστρέφεται προς τη Γη και εικάζει ότι τα μαγνητικά πεδία σε αυτή τη χορδή μπορεί να βοηθήσουν στην αύξηση της ταχύτητας των σωματιδίων.
Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη, λέει ο Farrar του NYU. Την τελευταία δεκαετία, οι φυσικοί έχουν αναπτύξει πολύ πιο λεπτομερείς χάρτες του μαγνητικού πεδίου μέσα στον γαλαξία, οι οποίοι μπορούν να εκτρέψουν φορτισμένα σωματίδια όπως τα πρωτόνια και οι πυρήνες. Αυτά τα πεδία μπορούν να εκτρέψουν την πορεία ενός πρωτονίου υψηλής ενέργειας κατά δεκάδες μοίρες—ακόμη περισσότερο για τους βαρείς ατομικούς πυρήνες. Ωστόσο, ο Farrar λέει, "Δεν θα εκπλαγώ αν μέσα σε 5 χρόνια μπορούσαμε να προβλέψουμε την απόκλιση εντός λίγων μοιρών"—τουλάχιστον για τα πρωτόνια.
Στο μεταξύ, η ομάδα Telescope Array ελπίζει να αποδείξει εάν το hotspot είναι πραγματικό. Η συστοιχία 25 εκατομμυρίων δολαρίων κατασκευάστηκε κυρίως με χρηματοδότηση από την ιαπωνική κυβέρνηση και διευθύνεται κυρίως από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ. Ο Sokolsky και οι συνεργάτες του ελπίζουν να επεκτείνουν τη συστοιχία - διπλασιάζοντας τον αριθμό των ανιχνευτών και τετραπλασιάζοντας την έκτασή της - σε μια προτεινόμενη αναβάθμιση 6,4 εκατομμυρίων δολαρίων. Η αναβάθμιση θα τους επιτρέψει να συλλέξουν πέντε φορές περισσότερα δεδομένα σε λίγα χρόνια και να διευθετήσουν πραγματικά το θέμα.
