Η Ιαπωνία θα διευρύνει την τεράστια συστοιχία κοσμικών ακτίνων στη Γιούτα
Κάθε τόσο, μια κοσμική ακτίνα - ένα υποατομικό σωματίδιο από το διάστημα - χτυπά την ατμόσφαιρα με ενέργεια 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που έχει πετύχει ποτέ ένας ανθρωπογενής επιταχυντής σωματιδίων. Οι φυσικοί δεν ξέρουν από πού προέρχονται τέτοια τρομακτικά ενεργητικά σωματίδια, αλλά θα μπορούσαν να πλησιάσουν σε μια απάντηση χάρη στην επέκταση ενός από τα μεγαλύτερα πειράματα κοσμικών ακτίνων στον κόσμο.
Η Ιαπωνία θα δαπανήσει 3,7 εκατομμύρια δολάρια για να τετραπλασιάσει σχεδόν το μέγεθος της Συστοιχίας Τηλεσκοπίων (TA), η οποία αυτή τη στιγμή αποτελείται από 507 ανιχνευτές σωματιδίων διασκορπισμένους σε 700 τετραγωνικά χιλιόμετρα της ερήμου της Γιούτα. Οι ανιχνευτές αντιλαμβάνονται τη χιονοστιβάδα των σωματιδίων, ή αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν «εκτεταμένο ντους αέρα», που ενεργοποιείται όταν μια ακτίνα χτυπά την ατμόσφαιρα. Οι φυσικοί θα αναπτύξουν 400 ακόμη χαλαρούς ανιχνευτές για να τεντώσουν την περιοχή του ΤΑ σε περίπου 2500 τετραγωνικά χιλιόμετρα - δύο φορές την περιοχή της Νέας Υόρκης - λέει ο Yoshiki Tsunesada, φυσικός και μέλος της ομάδας TA στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο. Από το μέγεθος και την κατεύθυνση ενός ντους αέρα, οι φυσικοί μπορούν να συναγάγουν την ενέργεια και την κατεύθυνση της αρχικής ακτίνας. Οι ερευνητές ελπίζουν να ολοκληρώσουν την επέκταση το 2017. Η Ιαπωνία πλήρωσε τα δύο τρίτα του κόστους των 25 εκατομμυρίων δολαρίων της τρέχουσας συστοιχίας.
Η επέκταση, γνωστή απλά ως TAx4 ή "TA επί τέσσερα", θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να εντοπίσουν την προέλευση των υψηλότερων ενεργειακών ακτίνων, στις οποίες ένα μόνο υποατομικό σωματίδιο μπορεί να μεταφέρει τόση ενέργεια όσο μια μπάλα του γκολφ που βυθίζεται στο πράσινο. Οι φυσικοί δεν έχουν βρει ακόμα τις πηγές των ακτίνων. Ωστόσο, τον περασμένο Ιούλιο, οι ερευνητές της ΤΑ ανέφεραν περίσσεια ακτίνων με ενέργεια πάνω από 60 βολτ εξ-ηλεκτρονίου (EeV) που προέρχονται από τη γενική κατεύθυνση του αστερισμού της Μεγάλης Άρκτου, που περιλαμβάνει τη Μεγάλη Άρκτο. «Έχουμε περίπου 20 συμβάντα σε ένα σύμπλεγμα με πλάτος περίπου 20 μοιρών», λέει ο Hiroyuki Sagawa, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο και συν-εκπρόσωπος της ομάδας TA. Εάν οι ακτίνες προέρχονται εξίσου από παντού, τότε ένας τέτοιος κύκλος θα πρέπει να περιέχει περίπου πέντε ακτίνες, λέει ο Sagawa. "Εάν λάβουμε περισσότερα δεδομένα, μπορεί να παρατηρήσουμε τη δομή εντός του hotspot", λέει.
Η επέκταση θα κάνει επίσης την ΤΑ σχεδόν τόσο μεγάλη όσο ο αντίπαλός της, το Παρατηρητήριο Pierre Auger στην Αργεντινή, το οποίο διαθέτει 1600 ανιχνευτές σωματιδίων διαφορετικού σχεδιασμού σε έκταση 3000 τετραγωνικών χιλιομέτρων. Το 2007, η συνεργασία του Auger ανέφερε ότι οι κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια φαίνεται να προέρχονται από τις πύρινες καρδιές ορισμένων γαλαξιών. Ωστόσο, αυτός ο συσχετισμός δεν διατηρήθηκε καθώς ο Auger συνέχισε να συλλέγει περισσότερα δεδομένα. Ο Auger άρχισε να λαμβάνει δεδομένα το 2005 και η TA το 2008, και με τα χρόνια οι ομάδες έχουν διαφωνήσει σε πολλά βασικά αποτελέσματα. Για παράδειγμα, οι φυσικοί της TA υποστηρίζουν ότι —όπως περίμεναν οι περισσότεροι φυσικοί— οι ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια είναι τα πρωτόνια, ενώ οι φυσικοί του Auger υποστηρίζουν ότι μπορεί να περιλαμβάνουν βαρύτερους ατομικούς πυρήνες.
Πριν από χρόνια, οι φυσικοί του Auger είχαν υποστηρίξει την κατασκευή μιας δίδυμης έκδοσης της συστοιχίας τους στο βόρειο ημισφαίριο. Τώρα, με την επέκτασή του, η TA θα παίξει ουσιαστικά αυτόν τον ρόλο. «Με δύο [ίσου μεγέθους] παρατηρητήρια μπορούμε να δούμε ολόκληρο τον ουρανό», λέει ο Sagawa. "Αυτό είναι πολύ σημαντικό", λέει, καθώς τα ημισφαίρια μπορεί να φαίνονται διαφορετικά στις κοσμικές ακτίνες.
Όπως το Auger, το TA διαθέτει επίσης μπαταρίες εξειδικευμένων τηλεσκοπίων που σε καθαρές νύχτες χωρίς φεγγάρι μπορούν να ανιχνεύσουν το αχνό φως ή τον φθορισμό, που παράγεται από ένα εκτεταμένο ντους αέρα. Τέτοιες τηλεσκοπικές παρατηρήσεις παρέχουν ένα καλύτερο μέτρο της ενέργειας του ντους και είναι το κλειδί για τη βαθμονόμηση της σειράς ανιχνευτών επιφάνειας:Συγκρίνοντας την ένδειξη των τηλεσκοπίων φθορισμού και των επιφανειακών ανιχνευτών στα ίδια γεγονότα, οι φυσικοί μπορούν να καταλάβουν πώς να εκτιμήσουν καλύτερα την τιμή ενός ντους. ενέργεια μόνο από τον ανιχνευτή επιφανείας. Το TA διαθέτει επί του παρόντος τρεις μπαταρίες τηλεσκοπίων και οι ερευνητές ελπίζουν ότι το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF) θα πληρώσει για άλλα δύο, λέει ο Douglas Bergman, φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα στο Salt Lake City.
Η ομάδα TA ελπίζει ότι η NSF θα δαπανήσει περίπου 1 εκατομμύριο δολάρια κυρίως για την κατασκευή των νέων μπαταριών, λέει ο Bergman. Οι ερευνητές έχουν ήδη τα ίδια τα τηλεσκόπια από προηγούμενο πείραμα, λέει. Οι φυσικοί έκαναν αίτηση στο NSF το περασμένο φθινόπωρο και θα το κάνουν ξανά αυτό το φθινόπωρο, λέει ο Bergman. "Πιστεύω ότι οι προοπτικές θα ήταν καλύτερες με την έννοια ότι υπάρχουν αυτά τα συναρπαστικά νέα από την Ιαπωνία", λέει ο Bergman.
Ακόμη και ορισμένοι φυσικοί TA προειδοποιούν ότι με περισσότερα δεδομένα το hotspot μπορεί να μην αντέξει. «Προσωπικά εξακολουθώ να αμφιβάλλω αν είναι αληθινό», λέει ο Tsunesada. Στο παρελθόν, πολλά δελεαστικά αποτελέσματα κοσμικών ακτίνων απέτυχαν να φανούν, σημειώνει. Στην πραγματικότητα, λέει ο Tsunesada, εάν το διευρυμένο TA και το Auger δεν ανιχνεύσουν πηγές με τις υψηλότερες ενεργειακές ακτίνες, η αναζήτηση θα μπορούσε να τελειώσει. «Αυτή θα μπορούσε να είναι η τελευταία ευκαιρία για εμάς τους ερευνητές του ντους αέρα», λέει ο Tsunesada. Άλλοι είναι πιο αισιόδοξοι. Για παράδειγμα, σημειώνει ο Sagawa, μπορεί να είναι δυνατή η μελέτη των ντους αέρα σε μια πολύ μεγαλύτερη περιοχή χρησιμοποιώντας διαστημικά τηλεσκόπια φθορισμού.
