Νέα στοιχεία ότι οι κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια προέρχονται από πέρα από τον γαλαξία μας
Όταν πρόκειται για τις κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια - υποατομικά σωματίδια που πέφτουν βροχή από το διάστημα - ο ουρανός είναι λοξός:Περισσότερες προέρχονται από τη μια κατεύθυνση παρά από την άλλη, σύμφωνα με μια νέα μελέτη. Και επειδή τα περισσότερα προέρχονται από μια κατεύθυνση που δείχνει μακριά από τον γαλαξία μας, η παρατήρηση ενισχύει την ιδέα ότι οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται πολύ πέρα από τον Γαλαξία μας. Ωστόσο, το αποτέλεσμα υπολείπεται του στόχου των αστροφυσικών να εντοπίσουν τις τελικές πηγές τέτοιων κοσμικών ακτίνων.
Το νέο αποτέλεσμα προέρχεται από το Παρατηρητήριο Pierre Auger, μια τεράστια συστοιχία ανιχνευτών κοσμικών ακτίνων στην Αργεντινή, και λαμβάνει μικτές κριτικές από ορισμένους κορυφαίους ερευνητές. Το εύρημα δίνει στους επιστήμονες την πρώτη τους σταθερή απόδειξη ότι οι ακτίνες δεν προέρχονται απλώς από παντού, λέει ο Glennys Farrar, θεωρητικός στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης στη Νέα Υόρκη. «Νομίζω ότι αυτό θα είναι μια βολή στο χέρι στο γήπεδο», λέει. Ωστόσο, ο Pierre Sokolsky, ένας πειραματικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα στο Salt Lake City και ιδρυτής του Telescope Array, μιας μικρότερης συστοιχίας κοσμικών ακτίνων, υποστηρίζει ότι άλλα στοιχεία δείχνουν ήδη την εξωγαλαξιακή προέλευση των ακτίνων. "Είναι ένα αποτέλεσμα όχι χτύπημα, αλλά κλαψούρισμα", λέει.
Οι κοσμικές ακτίνες είναι πρωτόνια και βαρύτεροι ατομικοί πυρήνες που διασχίζουν το διάστημα. Οι ακτίνες υψηλότερης ενέργειας είναι εκατομμύρια φορές πιο ενεργητικές από τα σωματίδια από ανθρωπογενείς επιταχυντές. Σε ακραίες περιπτώσεις, ένας μόνο ατομικός πυρήνας μπορεί να έχει τόση ενέργεια όση μια μεγάλη πέτρα χαλαζιού πέφτει στο κεφάλι σας. Ωστόσο, οι φυσικοί εξακολουθούν να μην γνωρίζουν τι είδους αστροφυσικά αντικείμενα επιταχύνουν τα σωματίδια σε τέτοιες τεράστιες ενέργειες.
Οι επιστήμονες κατασκεύασαν το Auger για να το ανακαλύψουν. Όταν μια κοσμική ακτίνα υψηλής ενέργειας χτυπά την ατμόσφαιρα, παράγει ένα λεγόμενο ντους αέρα - μια χιονοστιβάδα από σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας. Οι ανιχνευτές στο έδαφος μπορούν να μετρήσουν αυτά τα σωματίδια και να μετρήσουν τους χρόνους άφιξής τους, επιτρέποντας στους αστροφυσικούς να συμπεράνουν την ενέργεια και την κατεύθυνση της κοσμικής ακτίνας. Η χιονοστιβάδα σωματιδίων προκαλεί επίσης φθορισμό των μορίων αζώτου στον αέρα και τις σκοτεινές νύχτες ειδικά τηλεσκόπια μπορούν να μετρήσουν αυτό το φως. Οι διπλές μετρήσεις επιτρέπουν έναν πρόχειρο προσδιορισμό του τύπου του σωματιδίου που παρήγαγε το ντους—για παράδειγμα, εάν ήταν πρωτόνιο ή πυρήνας σιδήρου.
Ωστόσο, για να εντοπίσουμε αρκετές από τις εξαιρετικά σπάνιες κοσμικές ακτίνες υψηλότερης ενέργειας, μια διάταξη ανιχνευτών πρέπει να είναι τεράστια. Το Auger αποτελείται από 1660 ανιχνευτές σωματιδίων που καλύπτουν 3000 τετραγωνικά χιλιόμετρα, μια περιοχή σχεδόν όσο το Rhode Island, στην Pampa Amarilla στην Αργεντινή. Κάθε ανιχνευτής είναι μια δεξαμενή που περιέχει 12.000 λίτρα υπερκαθαρού νερού που παράγει μια λάμψη φωτός όταν χτυπηθεί από σωματίδια. Επιπλέον, τέσσερις σταθμοί τηλεσκοπίων έχουν θέα στους ανιχνευτές εδάφους.
Ο εντοπισμός των πηγών των πιο ενεργητικών ακτίνων ήταν πάντα δύσκολος. Επειδή είναι ηλεκτρικά φορτισμένες, οι κοσμικές ακτίνες στροβιλίζονται στο μαγνητικό πεδίο του γαλαξία. Για να δείχνουν πίσω προς τις πηγές τους, πρέπει να είναι τόσο ενεργητικοί που τα μονοπάτια τους να μην καμπυλώνουν πολύ. Πιο κοινές κοσμικές ακτίνες χαμηλότερης ενέργειας - που πιστεύεται ότι αναδύονται μετά τις εκρήξεις σουπερνόβα στον Γαλαξία μας - καμπυλώνονται τόσο πολύ στο μαγνητικό πεδίο του γαλαξία που φαίνεται να προέρχονται από όλο τον ουρανό.
Παρά τις δυσκολίες, στην αρχή φαινόταν ότι ο Auger θα έβρισκε τις πηγές των ακτίνων υψηλότερης ενέργειας. Άρχισε να λαμβάνει δεδομένα το 2004 και το 2007 οι ερευνητές του Auger ανακοίνωσαν ότι οι κοσμικές ακτίνες με ενέργειες πάνω από περίπου 60 εξ-ηλεκτρονιοβολτ (EeV) φαινόταν να προέρχονται από τις πύρινες καρδιές γαλαξιών που πιστεύεται ότι περιέχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που τρέφονται με συντρίμμια που πέφτουν. τους λεγόμενους «ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες». Ωστόσο, αυτή η συσχέτιση δεν διατηρήθηκε καθώς έχουν έρθει περισσότερα δεδομένα. Επιπλέον, οι ερευνητές του Auger περίμεναν ότι οι κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια θα ήταν ελαφρού βάρους πρωτόνια, τα οποία κάμπτονται λιγότερο στα μαγνητικά πεδία. Αντίθετα, ανακάλυψαν ότι πολλές από τις ακτίνες αποτελούνται από βαρύτερους πυρήνες, οι οποίοι καμπυλώνουν περισσότερο—καθιστώντας τη δουλειά του να προσδιορίσουν την προέλευσή τους πιο δύσκολη.
Τώρα, ωστόσο, οι ερευνητές του Auger πραγματοποίησαν μια απλούστερη κατευθυντική ανάλυση. Αντί να προσπαθούν να συσχετίσουν τις κατευθύνσεις των εισερχόμενων κοσμικών ακτίνων με αντικείμενα στον ουρανό, απλώς αναζήτησαν μια ανισορροπία στις ακτίνες που προέρχονται από αντίθετες κατευθύνσεις. Χρησιμοποιώντας 30.000 ακτίνες με ενέργειες πάνω από 8 EeV, διαπιστώνουν ότι με ένα περιθώριο περίπου 12%, περισσότερες κοσμικές ακτίνες προέρχονται από τη μια πλευρά του ουρανού από την άλλη. Και κανένας «πόλος» σε αυτή τη μονόπλευρη κατανομή δεν ευθυγραμμίζεται με το γαλαξιακό κέντρο του Γαλαξία μας, λέει η μελέτη που δημοσιεύτηκε σήμερα στο Science .
Το Auger και το Telescope Array έχουν αναφέρει και τα δύο πιθανά hot spots για τις υψηλότερες ενεργειακές κοσμικές ακτίνες στο παρελθόν. Αλλά τα στοιχεία για μια συνολική ανισορροπία των κατευθύνσεων των κοσμικών ακτίνων σε αυτή τη νέα μελέτη είναι ισχυρότερα, ξεπερνώντας το λεγόμενο όριο των πέντε σίγμα για στατιστική σημασία, λέει ο Antonio Bueno, φυσικός αστροσωματιδίων στο Πανεπιστήμιο της Γρανάδας στην Ισπανία και συνεκπρόσωπος για την 500μελή ομάδα Auger. "Για πολλά, πολλά, πολλά χρόνια αναρωτιόμασταν από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες με την υψηλότερη ενέργεια", λέει, "και τώρα έχουμε τη στατιστική δύναμη να πούμε ότι δεν προέρχονται από το εσωτερικό του γαλαξία."
Ο Farrar συμφωνεί ότι σε σύγκριση με τα προηγούμενα αποτελέσματα, η παρατήρηση είναι πιο ισχυρή. «Αυτό είναι το πρώτο πράγμα στο οποίο μπορείς να βυθίσεις τα δόντια σου», λέει. Ωστόσο, ο Sokolsky λέει ότι επειδή δεν υπήρχε θεωρητικός λόγος να περιμένουμε μια τέτοια ανισορροπία στον ουρανό, δεν είναι σίγουρος τι να κάνει με το αποτέλεσμα. Όσον αφορά τις αποδείξεις ότι οι ακτίνες προέρχονται από πέρα από τον γαλαξία, άλλες παρατηρήσεις υποστηρίζουν ήδη αυτή τη θέση, συμπεριλαμβανομένης της αδυναμίας των θεωρητικών να βρουν έναν επιταχυντή εντός του Γαλαξία που θα μπορούσε να εξηγήσει τις απίστευτα υψηλές ενέργειες των ακτίνων. «Κάνουν πολλά για να αποδείξουν ότι η ροή είναι εξωγαλαξιακή», λέει. "Νόμιζα ότι το είχαμε διευθετήσει."
Η αναζήτηση πηγών δεν έχει τελειώσει. Το Telescope Array, το οποίο αποτελείται από 507 ανιχνευτές εδάφους που καλύπτουν 730 τετραγωνικά χιλιόμετρα στη Γιούτα, διπλασιάζει τον αριθμό των ανιχνευτών του και τετραπλασιάζει την περιοχή της συστοιχίας του. Και οι ερευνητές του Auger προσθέτουν επιπλέον ανιχνευτές στις δεξαμενές τους που θα πρέπει να προσδιορίζουν καλύτερα τον τύπο της κοσμικής ακτίνας που παρήγαγε κάθε ντους αέρα. Κοσκινίζοντας μόνο τα πρωτόνια της υψηλότερης ενέργειας, λέει ο Bueno, οι αστροφυσικοί μπορεί τελικά να είναι σε θέση να εντοπίσουν αυτές τις ακτίνες που δείχνουν πίσω στις πηγές τους.
