Kreditna slika: NASA
Astronomi vjeruju da eksplozije gama zraka, najmoćnije eksplozije u Svemiru, mogu stvoriti kozmičke zrake ultra-visoke energije, najenergičnije čestice u Svemiru. Dokazi prikupljeni od NASA-ino deponiranog Gama-Ray opservatorija Compton pokazali su da su u jednom slučaju pucanja gama zraka ove čestice visoke energije dominirale u području što daje vezu između njih, ali to je jedva dovoljan dokaz da se može reći da su oni u potpunosti povezani ,
Najnovije eksplozije u svemiru, gama zrake, mogu stvoriti najenergičnije čestice u svemiru, poznate kao ultra-visokoenergetske kosmičke zrake (UHECRs), pokazala je nova analiza opažanja NASA-ovog Compton Gamma-Ray opservatorija.
Istraživači izviještaju u časopisu Nature o 14. kolovozu o novootkrivenom uzorku u svjetlu ovih zagonetnih praska koji se mogu objasniti protonima koji se kreću unutar širine kose brzinom svjetlosti.
Ti bi protoni, poput šrapnela od eksplozije, mogli biti UHECR-i. Takve su kozmičke zrake rijetke i predstavljaju trajnu misteriju astrofizike, naizgled prkoseći fizičkom objašnjenju, jer su jednostavno previše energične da bi ih mogle stvoriti dobro poznati mehanizmi poput eksplozija supernove.
"Kozmičke zrake" zaboravljaju "odakle potječu, jer ih, za razliku od svjetlosti, magnetnim poljem probijaju u svemir", rekla je glavna autorica Maria Magdalena Gonzalez iz Nacionalnog laboratorija Los Alamosa u New Mexico-u i studentica postdiplomskih studija na Wisconsinu. "Ovaj je rezultat uzbudljiva prilika da se vjerojatno vide dokazi da se oni proizvode u izvoru."
Eksplozije gama zraka - misterij znanstvenici konačno počinju otkrivati - mogu zasjati sjajno kao milijun trilijuna sunca, a mnogi mogu biti od neobično moćne vrste eksplodirajuće zvijezde. Svatovi su uobičajeni, ali slučajni i prolazni, a traju samo nekoliko sekundi.
Kozmičke zrake su atomske čestice (na primjer, elektroni, protoni ili neutrini) koji se kreću u blizini svjetlosne brzine. Kozmičke zrake niže energije neprestano bombardiraju Zemlju, pokrećući ih sunčevim bljeskovima i tipičnim eksplozijama zvijezda. UHECR, sa svakom atomskom česticom koja nosi energiju baseballa bačenog u Glavne lige, sto su milijuna energičniji od čestica proizvedenih u najvećim akceleratorima čestica koje stvaraju ljudi.
Znanstvenici kažu da se UHECR-ovi moraju stvoriti relativno blizu Zemlje, jer bi svaka čestica koja putuje više od 100 milijuna svjetlosnih godina izgubila dio svoje energije do trenutka kada je stigla do nas. Pa ipak, nijedan lokalni izvor običnih kozmičkih zraka ne čini se dovoljno snažnim da stvori UHECR.
Papir pod vodstvom Gonzaleza nije usredotočen isključivo na proizvodnju UHECR-a, već na novi uzorak svjetla koji se viđa pri pucanju gama zraka. Kopajući duboko u arhivima Compton Observatory (misija je završila 2000.), grupa je otkrila da se gama-rafal iz 1994. godine, nazvan GRB941017, čini drugačijim od ostalih 2.700-nekih rafala koje je zabilježila ova svemirska letjelica. Taj se prasak nalazio u smjeru zviježđa Sagitta, Strelica, udaljene vjerojatno deset milijardi svjetlosnih godina.
Ono što znanstvenici nazivaju gama zrakama su fotoni (svjetlosne čestice) koji pokrivaju širok raspon energija, u stvari preko milijun puta širi od energije koje naše oči registriraju kao boje duge. Gonzalezova skupina pogledala je visoko-energetske fotone gama zraka. Znanstvenici su otkrili da su ove vrste fotona dominirale u rafalu: U prosjeku su bile najmanje tri puta snažnije od niže energetske komponente, začudo, tisuće puta snažnije nakon otprilike 100 sekundi.
To jest, dok je protok fotona niže energije koji udara u satelitske detektore počeo olakšati, protok fotona više energije ostao je stabilan. Ovaj nalaz nije u skladu s popularnim "modelom sinkrotronskog udara" koji opisuje većinu rafala. Pa što bi moglo objasniti ovo obogaćivanje visokoenergetskih fotona?
„Jedno je objašnjenje da su kozmičke zrake ultra-visoke energije odgovorne, ali točno kako stvaraju gama zrake s energetskim uzorcima koje smo vidjeli, potrebno je mnogo izračunati“, rekla je dr. Brenda Dingus iz LANL-a, koautora na ovom dokumentu. "Držat ćemo neke teoretičare zauzetim da to pokušaju shvatiti."
Odgođena injekcija elektrona s ultra-visokom energijom pruža još jedan način da se objasni neočekivano veliki visoko-energetski tok gama zraka opažen u GRB 941017. Ali ovo objašnjenje bi zahtijevalo reviziju standardnog modela pucanja, rekao je koautor dr. Charles Dermer, teorijski astrofizičar u američkom laboratoriju za pomorska istraživanja u Washingtonu. "U oba slučaja, ovaj rezultat otkriva novi proces koji se događa u gromijastim zracima", rekao je.
Nisu otkriveni pragovi gama zraka nastali u roku od 100 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje, ali kroz eone su se ove vrste eksplozija mogle dogoditi lokalno. Ako je to tako, rekao je Dingus, mehanizam koji je njezina skupina vidjela u GRB 941017 mogao se umnožiti blizu kuće, dovoljno blizu da isporuči UHECR-ove kakve danas vidimo.
Ostali rafali u arhivi Compton opservatorija možda su pokazali sličan obrazac, ali podaci nisu uvjerljivi. NASA-in gama-svemirski teleskop velike površine (GLAST), predviđen za lansiranje 2006. godine, imat će dovoljno detektore da razriješe fotone visoke energije gama zraka i riješe ovu misteriju.
Koautori u izvješću Nature također uključuju dr. Sc. diplomski student Yuki Kaneko, dr. Robert Preece i dr. Michael Briggs sa Sveučilišta Alabama u Huntsvilleu. Ovo istraživanje financiralo je NASA i Ured za pomorska istraživanja.
UHECR-ovi se primjećuju kada padnu u našu atmosferu, kao što je prikazano na slici. Energija od sudara stvara zračni tuš od milijardi subatomskih čestica i bljeskova ultraljubičastog svjetla, koji se otkrivaju posebnim instrumentima.
Nacionalna zaklada za znanost i međunarodni suradnici sponzorirali su instrumente na terenu, poput očiju muhe visoke rezolucije u Utahu (http://www.cosmic-ray.org/learn.html) i Opservatorija Auger u Argentini (http: / /www.auger.org/). Pored toga, NASA surađuje s Europskom svemirskom agencijom na postavljanju Ekstremnog svemirskog opservatorija (http://aquila.lbl.gov/EUSO/) na Međunarodnoj svemirskoj stanici. Predložena misija OWL gledala bi s orbite prema dolje, promatrajući područje veliko kao Teksas.
Ti znanstvenici snimaju bljeskove i vrše popis subatomskih šrapnela, radeći unazad kako bi izračunali koliko energije treba jedna čestica da bi napravila atmosfersku kaskadu. Dolaze do šokantne brojke od 10 ^ 20 elektronskih volti (eV) ili više. (Za usporedbu, energija u čestici žute svjetlosti je 2 eV, a elektroni u vašoj televizijskoj cijevi su u energetskom rasponu od tisuću elektrona.)
Ove čestice ultra-visoke energije doživljavaju bizarne efekte koje je predvidjela Einsteinova teorija posebne relativnosti. Da ih možemo promatrati kako dolaze iz dalekog kuta kosmosa, recimo na udaljenosti od stotinu milijuna svjetlosnih godina, morali bismo biti strpljivi - trebat će nam stotinu milijuna godina da dovršimo put. Međutim, ako bismo mogli putovati s česticama, putovanje je završeno za manje od jednog dana zbog povećanja vremena objekata koji se brzo kreću, mjereno promatračem.
Kozmičke zrake najviše energije ne mogu doći do nas čak i ako su proizvedene iz udaljenih izvora, jer se sudaraju i gube energiju sa kozmičkim mikrovalnim fotonima koji su preostali od velikog praska. Izvori tih kozmičkih zraka moraju se naći relativno blizu nas, na udaljenosti od nekoliko stotina milijuna svjetlosnih godina. Zvijezde koje eksplodiraju kao pragovi gama nalaze se unutar ove udaljenosti, pa su u tijeku intenzivni posmatrački napori da se pronađu ostaci praska gama koji se razlikuju od haloa zračenja kozmičkih zraka.
Malo vrsta nebeskih objekata ima ekstremne uvjete potrebne za miniranje čestica u UHECR brzinama. Ako eksplozije gama zraka proizvode UHECR, to vjerojatno čine tako da ubrzavaju čestice u mlazovima tvari koje se izbacuju iz eksplozije pri brzini svjetlosti. Eksplozija gama zraka ima snagu za ubrzavanje UHECR-a, ali dosad promatrani gama-zraci bili su udaljeni, udaljeni su milijarde svjetlosnih godina. To ne znači da se ne mogu dogoditi u blizini, unutar granice UHECR.
Vodeći kandidat za dugovječne vrste gama zraka poput GRB941017 je model supernove / kolapsar. Supernove se događaju kada zvijezda mnogostruko masivnija od Sunca iscrpi svoje gorivo, uzrokujući da se njezino jezgro uruši pod vlastitom gravitacijom, dok se njezini vanjski slojevi ispuše u neizmjernoj termonuklearnoj eksploziji. Kolapsari su posebna vrsta supernove gdje je jezgra toliko masivna da se srušava u crnu rupu, objekt toliko gust da ništa, pa ni svjetlost, ne može pobjeći od njegove gravitacije unutar horizonta crne rupe događaja. Međutim, opažanja pokazuju da su crne rupe neiskreni jedci, koji izbacuju materijal koji prolazi blizu, ali ne prelazi, njihove horizonte događaja.
Zvjezdano jezgro u obliku kolapsa tvori disk materijala oko novoformirane crne rupe, poput vode koja se vrti oko drenaže. Crna rupa troši većinu diska, ali neka se stvar ispuši u mlazovima sa stupova crne rupe. Mlaznici prolaze kroz zvijezdu koja se ruši brzinom svjetlosti, a zatim prodire kroz plin koji okružuje osuđenu zvijezdu. Dok se mlazovi upadaju u međuzvjezdani medij, stvaraju udarne valove i usporavaju. Unutarnji udarci također se javljaju u mlazovima, jer su im vodeći rubovi spori, a odozdo ih probija struja velike brzine. Udarci ubrzavaju čestice koje stvaraju gama zrake; također bi mogli ubrzati čestice do UHECR brzine, tvrdi tim.
"To je poput skakanja lopte za ping pong između vesla i stola", rekao je Dingus. "Kako pomaknete veslo bliže stolu, lopta odskakuje brže i brže. U rafalnoj gama zraka, veslo i stol su školjke izbačene u mlaz. Turbulentna magnetska polja prisiljavaju čestice da rikoširaju među školjkama, ubrzavajući ih do skoro brzine svjetlosti prije nego što se oslobode kao UHECR. "
Otkrivanje neutrina iz gama-rafala ugrozio bi slučaj ubrzavanja kozmičkih zraka eksplozijama gama-zraka. Neutrini su neuhvatljive čestice nastale kada se visokoenergetski protoni sudaraju s fotonima. Neutrini nemaju električni naboj, pa se ipak vratite na smjer svog izvora.
Nacionalna zaklada za znanost trenutno gradi IceCube (http://icecube.wisc.edu/), detektor kubnih kilometara smješten u ledu ispod Južnog pola, u potrazi za emisijom neutrina iz eksplozije gama zraka. Međutim, karakteristike prirodnih akceleratora čestica u prirodi ostaju trajna misterija, premda je ubrzanje zvijezda koje eksplodiraju i stvaraju gama-zrake u korist još otkad su ga predložili Mario Vietri (Universita di Roma) i Eli Waxman (Institut Weizmann). u 1995.
Tim vjeruje da su, iako su moguća druga objašnjenja za ovo promatranje, rezultat u skladu s UHECR ubrzanjem izbijanja gama zraka. U eksploziji GRB941017 vidjeli su i niskoenergetske i visokoenergetske gama zrake. Gama zrake niske energije ono su što znanstvenici očekuju od elektrona velike brzine odbijenih intenzivnim magnetskim poljem, dok su visokoenergetske zrake ono što se očekuje ako se neki UHECR-ovi proizvedeni u prasku sruše na druge fotone, stvarajući tuš čestica , od kojih neki bljeskaju kako bi proizveli visokoenergetske gama zrake kada propadnu.
Vrijeme emitiranja gama zraka također je značajno. Gama zrake niske energije relativno su brzo izblijedjele, dok su visokoenergetske gama zrake zadržavale se. To ima smisla ako su dvije različite klase čestica - elektroni i protoni UHECR-a - odgovorne za različite gama zrake. "Mnogo je lakše od elektrona nego protona da zrače svoju energiju. Stoga bi emisija niskoenergetskih gama zraka iz elektrona bila kraća od visokoenergetskih gama zraka iz protona “, rekao je Dingus.
Compton Gamma Ray opservatory bio je drugi od NASA-ovih velikih opservatorija i gama-zraka ekvivalent Hubble-ovom svemirskom teleskopu i Chandra X-ray Observatory. Compton je lansiran na svemirske letjelice Atlantis u travnju 1991. i sa 17 tona, bio je najveći astrofizički teret ikada koji je letio u to vrijeme. Na kraju svoje pionirske misije Compton je bio deorbit i ponovno je ušao u Zemljinu atmosferu 4. lipnja 2000.
Izvorni izvor: NASA News Release
