Astronomi so se dolgo spraševali, od kod izvirajo visokoenergijski kozmični žarki v naši galaksiji? Nova opazovanja s pomočjo observatorija Čerenkov eksperiment na visoki nadmorski višini (HAWC) odkril skoraj nemogočega kandidata: sicer pa je velikanski molekularni oblak pogost pojav.
Kozmični žarki sploh niso žarki, temveč drobni delci, ki potujejo skozi vesolje skoraj s svetlobno hitrostjo. Lahko so sestavljeni iz elektronov, protonov ali celo ionov težjih elementov. Ustvarjajo se v vseh vrstah visokoenergijskih procesov v vesolju, od eksplozij supernove do združitve zvezd in celo, ko črna luknja posrka vase plin. Kozmični žarki imajo veliko različnih energij in na splošno so kozmični žarki z višjo energijo manj pogosti kot njihovi bratranci z nižjo energijo. To razmerje se zelo rahlo spremeni pri določeni energiji - 10^15 elektronvoltov - ki se imenuje "koleno". Elektronvolt ali eV je preprosto način, na katerega fiziki delcev radi merijo nivoje energije. Za primerjavo, najmočnejši trkalnik delcev na Zemlji, veliki hadronski trkalnik, lahko doseže 13×10^12 eV, kar se pogosto označuje kot 13 teraelektron voltov ali 13 TeV.
Kozmični žarki z energijo nad 10-15 eV so veliko redkejši, kot bi pričakovali. To je astronome privedlo do prepričanja, da vsi kozmični žarki na tej energijski ravni in višji prihajajo izven galaksije, medtem ko lahko procesi v Rimski cesti proizvedejo kozmične žarke do vključno 10–15 eV. Karkoli ustvarja te kozmične žarke, bo v območju "peta" in zato več kot 1000-krat močnejše od naših najboljših pospeševalnikov delcev - naravnih "pevatronov", ki tavajo po galaksiji.
Misija je preprosta: najti vir kozmičnih žarkov na lestvici PEV v Rimski cesti. Toda kljub njihovi energiji je težko določiti njihov izvor. To je zato, ker so kozmični žarki sestavljeni iz nabitih delcev in nabiti delci, ki potujejo v medzvezdnem prostoru, reagirajo na magnetno polje naše galaksije. Torej, ko vidite visokoenergijski kozmični žarek, ki prihaja iz določene smeri na nebu, res nimate pojma, od kod je pravzaprav prišel – njegova pot je bila na poti do Zemlje zavita in zvita. Toda namesto da bi kozmične žarke iskali neposredno, lahko iščemo njihove sorodnike.
Ko kozmični žarki po nesreči zadenejo oblak medzvezdnega plina, lahko oddajajo žarke gama, visokoenergijsko obliko sevanja. Ti gama žarki prehajajo skozi galaksijo v ravni črti, kar nam omogoča neposredno določitev njihovega izvora. Če torej vidimo močan vir sevanja gama, lahko iščemo bližnje vire kozmičnih žarkov PEV.
Zanimivo tudi:
To metodo je uporabila skupina raziskovalcev z uporabo HAWC, ki se nahaja na vulkanu Sierra Negra v južni osrednji Mehiki. HAWC "gleda" v nebo poleg rezervoarjev, napolnjenih z ultra čisto vodo. Ko visokoenergijski delci ali sevanje zadenejo rezervoarje, oddajajo blisk modre svetlobe, kar astronomom omogoča sledenje vira na nebu.
V članku, nedavno objavljenem v reviji arXiv, so astronomi identificirali vir gama žarkov, ki presegajo 200 TeV, ki jih lahko proizvedejo le še močnejši kozmični žarki – vrsta kozmičnih žarkov, ki dosežejo lestvico PEV. Vir z imenom HAWC J1825-134 se nahaja približno proti središču Galaksije. HAWC J1825-134 se nam zdi kot svetla lisa gama žarkov, osvetljena z neznanim virom kozmičnih žarkov – verjetno najmočnejšim znanim virom kozmičnih žarkov v Rimski cesti.
Več osumljencev običajnih visokoenergijskih virov kozmičnih žarkov je v razdalji nekaj tisoč svetlobnih let od HAWC J1825-134, vendar nobeden od njih ne more enostavno razložiti signala. Na primer, sam galaktični center je znan generator intenzivnih kozmičnih žarkov, vendar je predaleč od HAWC J1825-134, da bi bil pomemben za te meritve. Obstaja nekaj ostankov supernove, supernove pa so nedvomno zelo močne. Toda vse supernove v območju HAWC J1825-134 so že zdavnaj eksplodirale – predolgo nazaj, da bi zdaj proizvajale te visokoenergijske kozmične žarke.
Pulzarji – gosti, hitro vrteči se ostanki jeder masivnih zvezd – prav tako proizvajajo obilne količine kozmičnih žarkov. Toda tudi oni so predaleč od vira sevanja gama - energije elektronov in protonov, ki prihajajo iz pulzarja - preprosto niso dovolj visoki, da bi potovali na tisoče svetlobnih let do mesta, kjer se sevanje gama oddaja.
Presenetljivo se je izkazalo, da je vir teh rekordnih kozmičnih žarkov nihče drug kot ogromen molekularni oblak. Ti oblaki so velikanska, okorna bitja, napolnjena s prahom in plinom, ki tavajo po galaksiji. Včasih se skrčijo in postanejo zvezde, sicer pa lahko ostanejo mirne in ohlapne milijarde let.
Znotraj kompleksa oblakov je kopica novorojenih zvezd, toda tudi najmočnejše in najglasnejše mlade zvezde naj ne bi bile dovolj močne, da bi sprožile takšne kozmične žarke. Raziskovalci sami priznavajo, da ne vedo, kako temu oblaku uspe, a nekako, ko nihče ni bil pozoren, je ustvaril nekaj najmočnejših delcev v celotni galaksiji.
Preberite tudi:
- Nenavaden nevtralni elektron je bil odkrit v novem agregatnem stanju
- Pet načinov, kako nam lahko umetna inteligenca pomaga pri raziskovanju vesolja