Οι εκρήξεις ακτίνων γάμμα από μακρινά αστέρια, όπως φαίνεται στην εικόνα αυτού του καλλιτέχνη, είναι μια πιθανή πηγή των εξαιρετικά ισχυρών «σωματιδίων OMG» που περιστασιακά χτύπησαν τους ανιχνευτές επιστημόνων στη Γη.
(Εικόνα: © NASA / SkyWorks Digital)
Ο Paul Sutter είναι αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο και επικεφαλής επιστήμονας στο επιστημονικό κέντρο COSI. Ο Sutter είναι επίσης οικοδεσπότης των "Ask a Spaceman" και "Space Radio" και ηγείται των AstroTours σε όλο τον κόσμο. Ο Sutter συνέβαλε αυτό το άρθρο στις εξειδικευμένες φωνές του Space.com: Op-Ed & Insights.
Αυτή τη στιγμή, καθώς διαβάζετε αυτό το κείμενο, το DNA σας τεμαχίζεται από μικροσκοπικές, αόρατες σφαίρες. Οι έμποροι ζημιών είναι γνωστοί ως κοσμικές ακτίνες, παρόλο που δεν είναι απολύτως ακτίνες - αλλά το όνομα έχει κολλήσει από μια ιστορική παρανόηση. Αντ 'αυτού, είναι σωματίδια: ηλεκτρόνια και πρωτόνια, κυρίως, αλλά περιστασιακά βαρύτερα πράγματα όπως ήλιο ή ακόμη και πυρήνες σιδήρου.
Αυτά τα κοσμικά σωματίδια είναι πρόβλημα, επειδή α) είναι γρήγορα, και έτσι έχουν πολλή κινητική ενέργεια για να πετάξουν γύρω και β) είναι ηλεκτρικά φορτισμένα. Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να ιονίσουν τα φτωχά μας νουκλεοτίδια DNA, να τα διαλύσουν και περιστασιακά να οδηγήσουν σε ανεξέλεγκτα σφάλματα αναπαραγωγής (γνωστός και ως καρκίνος). ['Superstar' Eta Carinae ενεργεί σαν ένα Ginormous Cosmic-Ray Gun, But Why;]
Σαν να μην ήταν αρκετά άσχημο, κάθε τόσο, περίπου μία φορά ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο ετησίως, ένα σωματίδιο έρχεται να ουρλιάζει στην ανώτερη ατμόσφαιρά μας με πραγματικά τερατώδη ταχύτητα, χτυπώντας ένα άδικο μόριο αζώτου ή οξυγόνου και πέφτοντας σε ένα ντους δευτερογενή σωματίδια χαμηλότερης ενέργειας (αλλά ακόμα θανατηφόρα, φυσικά).
Υπάρχει μόνο μία κατάλληλη απάντηση όταν αντιμετωπίζουμε ένα σωματίδιο τέτοιου παράλογου δυναμικού: "OMG."
Fastballs
Το "OMG" ήταν το ψευδώνυμο που δόθηκε στο πρώτο παράδειγμα αυτού που είναι τώρα γνωστό ως κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, που εντοπίστηκαν το 1991 από τον ανιχνευτή κοσμικών ακτίνων του Πανεπιστημίου της Γιούτα. Αυτό το μοναδικό πρωτόνιο χτύπησε στην ατμόσφαιρά μας με περίπου 99,99999999999999999999951 τοις εκατό την ταχύτητα του φωτός. Και όχι, όλα αυτά τα εννιά δεν είναι μόνο για δραματικό αποτέλεσμα για να κάνουν τον αριθμό να φαίνεται εντυπωσιακό - ήταν πραγματικά τόσο γρήγορο. Αυτό το σωματίδιο είχε την ίδια ποσότητα κινητικής ενέργειας με ένα μπέιζμπολ που ρίχτηκε ευγενικά ... συμπιέστηκε σε ένα αντικείμενο με το μέγεθος ενός πρωτονίου.
Αυτό σημαίνει ότι αυτό το σωματίδιο είχε πάνω από 10 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από αυτό που μπορεί να παράγει ο πιο ισχυρός συγκολλητής σωματιδίων, ο LHC. Λόγω της σχετικιστικής χρονικής διαστολής, σε αυτήν την ταχύτητα, το σωματίδιο OMG θα μπορούσε να ταξιδέψει στο πλησιέστερο γειτονικό μας αστέρι, Proxima Centauri, σε 0,43 χιλιοστά του δευτερολέπτου του ίδιου χρόνου του σωματιδίου. Θα μπορούσε να συνεχίσει στον γαλαξιακό μας πυρήνα μέχρι να ολοκληρώσετε την ανάγνωση αυτής της πρότασης (από τη δική του προοπτική).
OMG, πράγματι.
Από την ανίχνευση αυτού του σωματιδίου, συνεχίσαμε να παρακολουθούμε τους ουρανούς για αυτά τα ακραία γεγονότα χρησιμοποιώντας εξειδικευμένα τηλεσκόπια και ανιχνευτές σε όλο τον κόσμο. Συνολικά, καταγράψαμε περίπου εκατό σωματίδια κατηγορίας OMG τις τελευταίες δεκαετίες.
Αυτά τα λίγα δεκάδες παραδείγματα διευκρινίζουν και εμβαθύνουν τα μυστήρια της προέλευσής τους. Περισσότερα δεδομένα είναι πάντα καλά, αλλά τι είναι το καλό στο σύμπαν μας, είναι αρκετά ισχυρό για να δώσει ένα πρωτόνιο μια αρκετά καλή ρωγμή που θα μπορούσε - σχεδόν - να προκαλέσει το φως σε έναν αγώνα;
Knuckleballs
Για να επιταχύνετε ένα φορτισμένο σωματίδιο σε τρελές ταχύτητες, χρειάζεστε δύο βασικά συστατικά: πολλή ενέργεια και μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο κάνει το έργο της μεταφοράς στο σωματίδιο όσων ενεργειών είναι στην περίπτωσή σας (ας πούμε, η εκρηκτική κινητική ενέργεια μιας έκρηξης σουπερνόβα ή η στροβιλιστική βαρυτική έλξη καθώς η ύλη πέφτει προς μια μαύρη τρύπα). Η λεπτομερής φυσική είναι, φυσικά, απίστευτα περίπλοκη και όχι πολύ καλά κατανοητή. Οι τόποι γεννήσεως των κοσμικών ακτίνων είναι τρομακτικά περίπλοκοι και βρίσκονται σε ακραίες περιοχές του σύμπαντος μας, οπότε μια ολοκληρωμένη φυσική εικόνα θα είναι δύσκολο να βρεθεί.
Αλλά μπορούμε ακόμα να κάνουμε κάποιες μορφωμένες υποθέσεις για το πού προέρχονται ακραία παραδείγματα όπως ο φίλος μας το σωματίδιο OMG. Η πρώτη μας εκτίμηση μπορεί να είναι οι σουπερνόβα, οι τιτανικοί θάνατοι τεράστιων αστεριών. Μαγνητικά πεδία? Ελεγχος. Πολλή ενέργεια; Ελεγχος. Αλλά δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια για να κάνει το κόλπο. Η αστρική έκρηξη της ποικιλίας του κήπου δεν έχει αρκετό ωμό ωμό για να φτύνει τα σωματίδια με τις ταχύτητες που εξετάζουμε.
Τι έπεται? Οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες είναι ισχυροί διεκδικητές. Αυτοί οι πυρήνες δημιουργούνται καθώς η ύλη στρέφεται στην καταστροφή της γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο ενός γαλαξία. αυτό το υλικό συμπιέζει και θερμαίνεται, σχηματίζοντας έναν δίσκο αύξησης στις τελευταίες στιγμές του. Αυτό το στρίψιμο της κόλασης δημιουργεί έντονα μαγνητικά πεδία από δράσεις δυναμό, σχηματίζοντας το ισχυρό μείγμα συστατικών που είναι απαραίτητα για την προσθήκη κάποιας σοβαρής ιπποδύναμης σε εξερχόμενα σωματίδια.
Εκτός (και ξέρατε ότι θα υπήρχε "εκτός"), οι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες είναι πολύ μακριά για να παράγουν κοσμικές ακτίνες που φτάνουν στη Γη. Στις γελοίες ταχύτητες μιας κοσμικής ακτίνας εξαιρετικά υψηλής ενέργειας, η πλεύση στον Κόσμο μοιάζει περισσότερο με το να προσπαθείτε να οργώσετε μέσα από μια χιονοθύελλα. Αυτό συμβαίνει επειδή σε αυτές τις ταχύτητες το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων - η πλημμύρα των φωτονίων χαμηλής ενέργειας που έχουν απομείνει από το πολύ πρώιμο σύμπαν - φαίνεται πολύ μπλε μετατοπισμένο προς υψηλότερες ενέργειες. Έτσι, αυτό το φως υψηλής έντασης χτυπάει και σπρώχνει στην κοσμική ακτίνα που ταξιδεύει, επιβραδύνοντας και τελικά σταματώντας το.
Έτσι, δεν πρέπει να περιμένουμε ότι οι πιο ισχυρές κοσμικές ακτίνες θα ταξιδέψουν περισσότερο από εκατό εκατομμύρια έτη φωτός περίπου - και οι περισσότεροι από τους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες είναι πολύ, πολύ πιο μακριά από εμάς από αυτό.
Καμπύλες
Για αρκετό καιρό, πρωταρχικός ύποπτος για την παραγωγή OMG ήταν ο Centaurus A, ένας σχετικά κοντινός ενεργός γαλαξιακός πυρήνας που βρίσκεται κάπου μεταξύ 10 εκατομμυρίων και 16 εκατομμυρίων ετών φωτός. Ισχυρό, μαγνητικό και κοντά - ο τέλειος συνδυασμός. Όμως, ενώ ορισμένες έρευνες υπαινίσσονται ότι οι κοσμικές ακτίνες μπορεί να προέρχονται από τη γενική του κατεύθυνση, δεν υπήρξε ποτέ αρκετά σαφής συσχέτιση για να μετακινηθεί αυτός ο γαλαξίας από ύποπτο σε καταδίκη. [Μια βαθιά ματιά στον παράξενο γαλαξία Centaurus A]
Μέρος του προβλήματος είναι ότι το μαγνητικό πεδίο του ίδιου του Γαλαξία μεταβάλλει διακριτικά την τροχιά των εισερχόμενων κοσμικών ακτίνων, μεταμφιέζοντας τις αρχικές τους κατευθύνσεις. Έτσι, για να ανακατασκευάσετε την πηγή μιας κοσμικής ακτίνας, χρειάζεστε επίσης μοντέλα για τη δύναμη και τις κατευθύνσεις του μαγνητικού πεδίου του γαλαξία μας - κάτι που δεν έχουμε ακριβώς μια πλήρη λαβή.
Εάν η γεννήτρια OMG δεν είναι από μόνη της ο Κενταύρος Α, τότε ίσως είναι οι γαλαξίες Seyfert, μια συγκεκριμένη γαλαξιακή υποκατηγορία με γενικά πιο κοντινούς, γενικά πιο αδύναμους (αλλά παράλογα λαμπρούς και ισχυρούς) ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Αλλά και πάλι, με ούτε εκατό δείγματα να αντληθούν, είναι δύσκολο να γίνει ένας αυστηρός στατιστικός προσδιορισμός.
Ίσως είναι εκρήξεις ακτίνων γάμμα, που πιστεύεται ότι προέρχονται από το περίεργο κατακλυσμικό τέλος σε μερικά από τα πιο ακραία αστέρια. Αλλά η κατανόησή μας για τη φυσική αυτής της κατάστασης είναι (μπορείτε να το πιστέψετε;) κάπως περιγραμματική.
Ίσως είναι κάτι πιο εξωτικό, όπως τοπολογικά ελαττώματα από τις πρώτες στιγμές του Big Bang ή κάποιες funky αλληλεπιδράσεις μέσα στη σκοτεινή ύλη. Ίσως κάνουμε λάθος τη φυσική και οι υπολογισμοί ορίου απόστασης δεν είναι ακριβείς. Ίσως, ίσως, ίσως…
Η αληθινή προέλευση αυτών των σωματιδίων "OMG" εξαιρετικά υψηλής ενέργειας είναι δύσκολο να εντοπιστεί και παρά τα σχεδόν 30 χρόνια ιστορίας ανίχνευσης, δεν έχουμε πολλές σταθερές απαντήσεις. Ποιο είναι καλό - είναι καλό να αφήσουμε τουλάχιστον μερικά μυστήρια στο σύμπαν. Οι αστροφυσικοί θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν κάποια ασφάλεια στην εργασία.
Μάθετε περισσότερα ακούγοντας το επεισόδιο στο podcast "Ask A Spaceman", διαθέσιμο στο iTunes και στον ιστό στη διεύθυνση http://www.askaspaceman.com. Χάρη στο hchrissscottt για τις ερωτήσεις που οδήγησαν σε αυτό το κομμάτι! Κάντε τη δική σας ερώτηση στο Twitter χρησιμοποιώντας το #AskASpaceman ή ακολουθώντας τον Paul @PaulMattSutter και το facebook.com/PaulMattSutter. Ακολουθήστε μας @Spacedotcom, Facebook και Google+. Αρχικό άρθρο στο Space.com.
