Astronomii s-au întrebat de mult de unde provin razele cosmice de înaltă energie din galaxia noastră? Observații noi cu ajutorul observatorului Experimentul Cherenkov cu apă de mare altitudine (HAWC) a descoperit un candidat aproape imposibil: în caz contrar, un nor molecular gigant este un fenomen comun.
Razele cosmice nu sunt deloc raze, ci mai degrabă particule minuscule care călătoresc prin univers aproape cu viteza luminii. Ele pot consta din electroni, protoni sau chiar ioni de elemente mai grele. Ele sunt create în tot felul de procese de înaltă energie în întregul cosmos, de la explozii de supernove la fuziuni stelare și chiar atunci când o gaură neagră aspiră gaz. Razele cosmice vin într-o mare varietate de energii și, în general, razele cosmice cu energie superioară sunt mai puțin frecvente decât verii lor cu energie inferioară. Acest raport se modifică foarte ușor la o anumită energie - 10^15 electron volți - care se numește „genunchi”. Electron-voltul, sau eV, este pur și simplu modul în care fizicienilor de particule le place să măsoare nivelurile de energie. Pentru comparație, cel mai puternic ciocnitor de particule de pe Pământ, Large Hadron Collider, poate atinge 13 × 10^12 eV, care este adesea notat ca 13 teraelectroni volți sau 13 TeV.
Razele cosmice cu energie peste 10-15 eV sunt mult mai rare decât ne-am putea aștepta. Acest lucru i-a determinat pe astronomi să creadă că orice raze cosmice la acest nivel de energie și mai sus provin din afara galaxiei, în timp ce procesele din Calea Lactee sunt capabile să producă raze cosmice de până la 10-15 eV inclusiv. Orice creează aceste raze cosmice va fi în intervalul „peta” și, prin urmare, de peste 1000 de ori mai puternic decât cei mai buni acceleratori de particule ai noștri – „pevatronii” naturali care cutreieră galaxie.
Misiunea este simplă: găsiți sursa razelor cosmice la scară PEV în Calea Lactee. Dar, în ciuda energiei lor, este dificil să le determine originea. Asta pentru că razele cosmice sunt formate din particule încărcate, iar particulele încărcate care călătoresc în spațiul interstelar reacţionează la câmpul magnetic al galaxiei noastre. Așadar, când vezi o rază cosmică de înaltă energie venind dintr-o anumită direcție a cerului, chiar nu ai idee de unde a venit de fapt - calea ei a fost răsucită și contorsionată în călătoria sa către Pământ. Dar în loc să căutăm direct razele cosmice, putem să le căutăm rudele.
Când razele cosmice lovesc accidental un nor de gaz interstelar, ele pot emite raze gamma, o formă de radiație de înaltă energie. Aceste raze gamma trec prin galaxie în linie dreaptă, permițându-ne să le determinăm direct originea. Prin urmare, dacă vedem o sursă puternică de raze gamma, putem căuta surse din apropiere de raze cosmice PEV.
Interesant de asemenea:
- Stelele neutronice lasă o moștenire de aur și platină
- Ce ajută la răcirea stelelor fierbinți cu neutroni?
Această metodă a fost folosită de un grup de cercetători care au folosit HAWC, care este situat pe vulcanul Sierra Negra din centrul-sud al Mexicului. HAWC „se uită” la cer lângă rezervoarele pline cu apă ultra-pură. Când particulele de înaltă energie sau radiațiile lovesc rezervoarele, ele emit un fulger de lumină albastră, permițând astronomilor să urmărească sursa pe cer.
În detaliu, într-o lucrare publicată recent în jurnalul arXiv, astronomii au identificat o sursă de raze gamma care depășește 200 TeV care poate fi produsă doar de raze cosmice și mai puternice - genul de raze cosmice care ating scara PEV. Sursa, numită HAWC J1825-134, este situată aproximativ spre centrul Galaxiei. HAWC J1825-134 ni se pare ca o zonă strălucitoare de raze gamma iluminată de o sursă necunoscută de raze cosmice – posibil cea mai puternică sursă de raze cosmice cunoscută din Calea Lactee.
Câțiva suspecți obișnuiți de surse de raze cosmice de înaltă energie se află la câteva mii de ani lumină de HAWC J1825-134, dar niciunul dintre ei nu poate explica cu ușurință semnalul. De exemplu, centrul galactic în sine este un generator cunoscut de raze cosmice intense, dar este prea departe de HAWC J1825-134 pentru a fi relevant pentru aceste măsurători. Există câteva rămășițe de supernove, iar supernovele sunt, fără îndoială, foarte puternice. Dar toate supernovele din regiunea HAWC J1825-134 au explodat cu mult timp în urmă – cu prea mult timp în urmă pentru a produce acum aceste raze cosmice de înaltă energie.
Pulsarii – rămășițele dense, care se rotesc rapid, ale nucleelor stelelor masive – produc, de asemenea, cantități mari de raze cosmice. Dar și ele sunt prea departe de sursa radiației gamma - energia electronilor și protonilor care provin de la pulsar - pur și simplu nu sunt suficient de înalte pentru a călători mii de ani lumină până unde este emisă radiația gamma.
În mod surprinzător, sursa acestor raze cosmice de record s-a dovedit a fi nimeni alta decât un nor molecular gigant. Acești nori sunt creaturi uriașe, stângace, pline de praf și gaz, care cutreieră galaxia. Uneori se contractă și devin stele, dar în caz contrar pot rămâne inactiv și liberi miliarde de ani.
În interiorul complexului de nori se află un grup de stele nou-născute, dar chiar și cele mai fanteziste și mai zgomotoase stele tinere nu sunt considerate a fi suficient de puternice pentru a lansa astfel de raze cosmice. Cercetătorii înșiși admit că nu știu cum face acest nor, dar cumva, când nimeni nu a fost atent, a generat unele dintre cele mai puternice particule din întreaga galaxie.
Citeste si:
- Un electron neutru ciudat a fost descoperit într-o nouă stare a materiei
- Cinci moduri în care inteligența artificială ne poate ajuta în explorarea spațiului