Σε ένα κύμα εκδόσεων μέσων, οι τελευταίες μελέτες που πραγματοποιήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA φωτίζουν τον κόσμο της αστροφυσικής σωματιδίων με τα νέα για το πώς οι σουπερνόβες θα μπορούσαν να είναι ο πρόγονος των κοσμικών ακτίνων. Τα υπόλοιπα είναι ηλεκτρόνια και ατομικοί πυρήνες. Όταν συναντιούνται με μαγνητικό πεδίο, τα μονοπάτια τους αλλάζουν σαν αυτοκίνητο προφυλακτήρα σε λούνα παρκ - αλλά δεν υπάρχει τίποτα διασκεδαστικό να μην γνωρίζουμε την προέλευσή τους. Τώρα, τέσσερα χρόνια σκληρής δουλειάς από επιστήμονες στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής Σωματιδίων και Κοσμολογίας του Καβλίου στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών SLAC του Τμήματος Ενέργειας (DOE), απέδωσαν. Υπάρχουν ενδείξεις για το πώς γεννιούνται οι κοσμικές ακτίνες.
«Οι ενέργειες αυτών των πρωτονίων είναι πολύ μεγαλύτερες από αυτές που μπορούν να παράγουν οι πιο ισχυροί συγκολλητές σωματιδίων στη Γη», δήλωσε ο Stefan Funk, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Kavli και στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, ο οποίος ηγήθηκε της ανάλυσης. «Τον τελευταίο αιώνα μάθαμε πολλά για τις κοσμικές ακτίνες καθώς φτάνουν εδώ. Είχαμε ακόμη και έντονες υποψίες για την πηγή της επιτάχυνσής τους, αλλά δεν είχαμε σαφή στοιχεία για να τα υποστηρίξουμε μέχρι πρόσφατα. "
Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες δεν είχαν ξεκαθαρίσει σχετικά με ορισμένα στοιχεία - όπως ποια ατομικά σωματίδια θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνα για τις εκπομπές από το διαστρικό αέριο. Για να βοηθήσουν την έρευνά τους, εξέτασαν πολύ προσεκτικά ένα ζευγάρι ακτίνων γάμμα που εκπέμπουν υπολείμματα σουπερνόβα - γνωστά ως IC 443 και W44. Γιατί η απόκλιση; Σε αυτήν την περίπτωση οι ακτίνες γάμμα μοιράζονται παρόμοιες ενέργειες με πρωτόνια και ηλεκτρόνια κοσμικών ακτίνων. Για να τα ξεχωρίσουν, οι ερευνητές αποκάλυψαν το ουδέτερο pion, το προϊόν των πρωτονίων των κοσμικών ακτίνων που επηρεάζουν τα κανονικά πρωτόνια. Όταν συμβεί αυτό, το pion αποσυντίθεται γρήγορα σε ένα σύνολο ακτίνων γάμμα, αφήνοντας μια υπογραφή υποχώρησης - μια που παρέχει απόδειξη με τη μορφή πρωτονίων. Δημιουργήθηκε σε μια διαδικασία γνωστή ως Fermi Acceleration, τα πρωτόνια παραμένουν αιχμάλωτα στο ταχέως κινούμενο μπροστινό σοκ του σουπερνόβα και δεν επηρεάζονται από μαγνητικά πεδία. Χάρη σε αυτήν την ιδιότητα, οι αστρονόμοι μπόρεσαν να τους εντοπίσουν απευθείας στην πηγή τους.
«Η ανακάλυψη είναι το όπλο καπνίσματος που αυτά τα δύο υπολείμματα σουπερνόβα παράγουν επιταχυνόμενα πρωτόνια», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Stefan Funk, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής και Κοσμολογίας του Καβλίου στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στην Καλιφόρνια. «Τώρα μπορούμε να εργαστούμε για να κατανοήσουμε καλύτερα πώς διαχειρίζονται αυτό το κατόρθωμα και να προσδιορίσουν εάν η διαδικασία είναι κοινή σε όλα τα υπολείμματα όπου βλέπουμε εκπομπές ακτίνων γάμμα».
Είναι μικρές ταχύτητες; Είσαι καλά. Κάθε φορά που το σωματίδιο περνά στο μπροστινό μέρος του σοκ, κερδίζει περίπου 1% περισσότερη ταχύτητα - τελικά αρκετά ώστε να απελευθερωθεί ως κοσμική ακτίνα. «Οι αστροναύτες έχουν τεκμηριώσει ότι βλέπουν πραγματικά λάμψεις φωτός που σχετίζονται με κοσμικές ακτίνες», σημείωσε ο Φουνκ. "Είναι ένας από τους λόγους που θαυμάζω τη γενναιότητά τους - το περιβάλλον εκεί έξω είναι πραγματικά πολύ δύσκολο." Το επόμενο βήμα αυτής της έρευνας, πρόσθεσε ο Funk, είναι να κατανοήσουμε τις ακριβείς λεπτομέρειες του μηχανισμού επιτάχυνσης και επίσης τις μέγιστες ενέργειες στις οποίες τα υπολείμματα σουπερνόβα μπορούν να επιταχύνουν τα πρωτόνια.
Ωστόσο, οι μελέτες δεν τελειώνουν εκεί. Περισσότερα νέα στοιχεία για τα υπολείμματα σουπερνόβα που δρουν σαν επιταχυντές σωματιδίων εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια προσεκτικής ανάλυσης παρατήρησης από τον Σέρβο αστρονόμο Sladjana Nikolic (Ινστιτούτο Αστρονομίας Max Planck). Ρίχνουν μια ματιά στη σύνθεση του φωτός. Ο Νίκολιτς εξηγεί: «Είναι η πρώτη φορά που μπορέσαμε να ρίξουμε μια λεπτομερή ματιά στη μικροφυσική μέσα και γύρω από την περιοχή του σοκ. Βρήκαμε στοιχεία για μια πρόδρομη περιοχή ακριβώς μπροστά από το σοκ, το οποίο θεωρείται ότι αποτελεί προϋπόθεση για την παραγωγή κοσμικών ακτίνων. Επίσης, η πρόδρομη περιοχή θερμαίνεται ακριβώς όπως θα περίμενε κανείς αν υπήρχαν πρωτόνια που μεταφέρουν ενέργεια από την περιοχή ακριβώς πίσω από το σοκ. "
Η Νίκολιτς και οι συνεργάτες της χρησιμοποίησαν τον φασματογράφο VIMOS στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στη Χιλή για να παρατηρήσουν και να τεκμηριώσουν ένα σύντομο τμήμα του μπροστινού σοκ του σουπερνόβα SN 1006. Αυτή η νέα τεχνική είναι γνωστή ως φασματοσκοπία ολοκληρωμένου πεδίου - μια πρώτη φορά διαδικασία που επιτρέπει στους αστρονόμους να εξετάσουν διεξοδικά τη σύνθεση του φωτός από το υπόλειμμα του σουπερνόβα. Ο Κέβιν Χενγκ του Πανεπιστημίου της Βέρνης, ένας από τους επόπτες του διδακτορικού έργου του Νίκολιτς, λέει: «Είμαστε ιδιαίτερα περήφανοι για το γεγονός ότι καταφέραμε να χρησιμοποιήσουμε την ολοκληρωμένη φασματοσκοπία πεδίου με έναν μάλλον ανορθόδοξο τρόπο, δεδομένου ότι χρησιμοποιείται συνήθως για τη μελέτη γαλαξίες υψηλού ερυθρού βάρους. Με αυτόν τον τρόπο, επιτύχαμε ένα επίπεδο ακρίβειας που υπερβαίνει κατά πολύ όλες τις προηγούμενες μελέτες. "
Είναι πραγματικά μια ενδιαφέρουσα στιγμή να ρίχνουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα υπολείμματα σουπερνόβα - ειδικά σε σχέση με τις κοσμικές ακτίνες. Όπως εξηγεί ο Νίκολιτς: «Αυτό ήταν ένα πιλοτικό έργο. Οι εκπομπές που παρατηρήσαμε από το υπόλοιπο του σουπερνόβα είναι πολύ, πολύ αχνές σε σύγκριση με τα συνηθισμένα αντικείμενα στόχου για αυτόν τον τύπο οργάνου. Τώρα που γνωρίζουμε τι είναι δυνατό, είναι πραγματικά συναρπαστικό να σκεφτόμαστε έργα παρακολούθησης. " Ο Glenn van de Ven του Ινστιτούτου Max Planck για την Αστρονομία, άλλος συν-επόπτης της Nikolic και ειδικός στη φασματοσκοπία ολοκληρωμένου πεδίου, προσθέτει: «Αυτό το είδος νέας προσέγγισης παρατήρησης θα μπορούσε κάλλιστα να είναι το κλειδί για την επίλυση του παζλ για το πώς παράγονται οι κοσμικές ακτίνες. υπολείμματα σουπερνόβα. "
Ο διευθυντής του Ινστιτούτου Kavli Roger Blandford, ο οποίος συμμετείχε στην ανάλυση Fermi, δήλωσε: «Είναι σωστό ότι μια τόσο ξεκάθαρη διαδήλωση που δείχνει ότι τα υπολείμματα σουπερνόβα επιταχύνουν τις κοσμικές ακτίνες ήρθε καθώς γιορτάσαμε την 100ή επέτειο της ανακάλυψής τους. Φέρνει στο σπίτι πόσο γρήγορα προχωρούν οι δυνατότητές μας για ανακάλυψη. "
Πρωτότυπες πηγές ιστορίας και περαιτέρω ανάγνωση: Νέα προσέγγιση στο κυνήγι του επιταχυντή κοσμικών σωματιδίων, το Fermi της NASA παρέχει υπολείμματα Supernova που παράγουν κοσμικές ακτίνες και απόδειξη: Οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται από τα εκρηκτικά αστέρια.
