Τι επιταχύνει τις κοσμικές ακτίνες σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός; Ο αστρονόμος έχει σκεφτεί αυτήν την ερώτηση για σχεδόν 100 χρόνια, και τώρα νέα στοιχεία υποστηρίζουν μια θεωρία που διατηρείται για δύο δεκαετίες ότι οι κοσμικές ακτίνες πιθανώς τροφοδοτούνται από εκρηκτικά αστέρια και αστρικούς ανέμους. «Αυτή η ανακάλυψη έχει προβλεφθεί για σχεδόν 20 χρόνια, αλλά μέχρι τώρα κανένα όργανο δεν ήταν αρκετά ευαίσθητο για να το δει», δήλωσε ο Wystan Benbow, αστροφυσικός στο Smithsonian Astrophysical Observatory που συντονίζει αυτό το έργο για το Σύστημα Τηλεσκοπίου Πολύ Ενεργειακής Ακτινοβολίας Ακτινοβολίας (VERITAS) ) συνεργασία.
Πριν από σχεδόν 100 χρόνια, οι επιστήμονες εντόπισαν τα πρώτα σημάδια κοσμικών ακτίνων, που στην πραγματικότητα δεν είναι ακτίνες ή ακτίνες αλλά υποατομικά σωματίδια (κυρίως πρωτόνια) που φερμουάρ στο διάστημα σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός. Οι πιο ενεργητικές κοσμικές ακτίνες χτύπησαν με τη γροθιά ενός fastball 98 mph, παρόλο που είναι μικρότερες από ένα άτομο. Οι αστρονόμοι αμφισβήτησαν ποια φυσική δύναμη θα μπορούσε να επιταχύνει τα σωματίδια σε τέτοια ταχύτητα.
Οι πιο σπάνιες κοσμικές ακτίνες μεταφέρουν πάνω από 100 δισεκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από την παραγωγή οποιουδήποτε επιταχυντή σωματιδίων στη Γη. Οι αστρονόμοι έχουν επινοήσει έξυπνες μεθόδους για την ανίχνευση κοσμικών ακτίνων που χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης. Ωστόσο, η ανίχνευση κοσμικών ακτίνων από απόσταση απαιτεί πολύ περισσότερη προσπάθεια.
Το VERITAS έχει βρει νέα στοιχεία για κοσμικές ακτίνες στο "Cigar Galaxy", επίσης γνωστό ως Messier 82 (M82), το οποίο βρίσκεται 12 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη προς την κατεύθυνση του αστερισμού Ursa Major, το οποίο υποστηρίζει έντονα το μακρόχρονο θεωρία ότι οι υπερκαινοφανείς και αστρικοί άνεμοι από τεράστια αστέρια είναι οι κυρίαρχοι επιταχυντές των σωματιδίων κοσμικής ακτίνας.
Οι γαλαξίες με υψηλά επίπεδα σχηματισμού αστεριών όπως το M82, επίσης γνωστοί ως γαλαξίες "αστρικών εκρήξεων", έχουν μεγάλο αριθμό υπερκαινοφανών και τεράστιων αστεριών. Εάν ισχύει η θεωρία, τότε οι γαλαξίες των αστεριών θα πρέπει να περιέχουν περισσότερες κοσμικές ακτίνες από τους κανονικούς γαλαξίες. Η ανακάλυψη VERITAS επιβεβαιώνει αυτήν την προσδοκία, υποδεικνύοντας ότι η πυκνότητα κοσμικών ακτίνων στο M82 είναι περίπου 500 φορές η μέση πυκνότητα στον Γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας.
«Αυτή η ανακάλυψη παρέχει θεμελιώδη εικόνα για την προέλευση των κοσμικών ακτίνων», δήλωσε η Rene Ong, καθηγήτρια φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Λος Άντζελες, και εκπρόσωπος της συνεργασίας VERITAS.
Χρησιμοποιώντας ακτίνες γάμμα για συμπεράσματα κοσμικών ακτίνων
Το VERITAS δεν μπόρεσε να εντοπίσει τις κοσμικές ακτίνες του M82 άμεσα επειδή παγιδεύτηκαν στον Γαλαξία Cigar. Αντ 'αυτού, το VERITAS έψαχνε ενδείξεις για την παρουσία κοσμικών ακτίνων: ακτίνων γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα είναι η πιο ενεργητική μορφή φωτός, πολύ πιο ισχυρή από την υπεριώδη ακτινοβολία ή ακόμα και τις ακτίνες Χ. Όταν οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με το διαστρικό αέριο και την ακτινοβολία μέσα στο M82, παράγουν ακτίνες γάμμα, οι οποίες μπορούν στη συνέχεια να ξεφύγουν από τον οικιακό τους γαλαξία και να φτάσουν στους ανιχνευτές Earthbound.
Χρειάστηκαν δύο χρόνια αποκλειστικής συλλογής δεδομένων για να εξαφανιστεί το αχνό σήμα που προέρχεται από το M82.
«Γνωρίζαμε ότι η ανίχνευση του M82 θα είχε σημαντικές επιστημονικές επιπτώσεις. Ως αποτέλεσμα, προγραμματίσαμε μια εξαιρετικά μεγάλη έκθεση αμέσως μετά το πείραμα να τεθεί σε πλήρη λειτουργία », δήλωσε ο Benbow. «Τα δεδομένα έπρεπε να αναλυθούν σχολαστικά για να εξαχθεί το σήμα ακτίνων γάμμα, το οποίο είναι πάνω από ένα εκατομμύριο φορές μικρότερο από το θόρυβο του φόντου. Αν και το σήμα είναι μόνο ένα μικρό μέρος των δεδομένων, κάναμε πολλούς ελέγχους για πιθανή προκατάληψη και είμαστε σίγουροι ότι το σήμα είναι γνήσιο. "
«Η ανίχνευση του M82 δείχνει ότι το σύμπαν είναι γεμάτο από επιταχυντές φυσικών σωματιδίων και καθώς τα επίγεια παρατηρητήρια ακτίνων γάμμα συνεχίζουν να βελτιώνονται, περαιτέρω ανακαλύψεις είναι αναπόφευκτες». είπε ο Martin Pohl, καθηγητής φυσικής στο κρατικό πανεπιστήμιο της Αϊόβα, ο οποίος βοήθησε να ηγηθεί της μελέτης. Ένα παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα επόμενης γενιάς VHE, το Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS), βρίσκεται ήδη υπό ανάπτυξη.
Το VERITAS λειτουργεί από μια συνεργασία περισσότερων από 100 επιστημόνων από 22 διαφορετικά ιδρύματα στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Ιρλανδία, την Αγγλία και τον Καναδά. Κάντε κλικ εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το VERITAS.
Υπότιτλος κύριας εικόνας: Μια σύνθεση εικόνων πολλαπλών μηκών κύματος του ενεργού γαλαξία M82 από τους Hubble, Chandra και Spitzer. Πίστωση: NASA, ESA, CXC και JPL-Caltech
Πηγή: Κέντρο Αστροφυσικής Harvard Smithsonian
