Eksplozije gama zraka udaljenih zvijezda, kao što je prikazano na ilustraciji ovog umjetnika, jedan su od mogućih izvora ultra-moćnih "OMG čestica" koje povremeno pogode znanstvene detektore na Zemlji.
(Slika: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter je astrofizičar sa Sveučilišta Ohio State i glavni znanstvenik u znanstvenom centru COSI. Sutter je također domaćin emisija "Pitaj svemira" i "Svemirskog radija" i vodi AstroTours širom svijeta. Sutter je ovaj članak pridodao stručnim glasovima Space.com-a: Op-Ed & Insights.
U ovom trenutku, dok čitate ovaj tekst, vaš se DNK razrezuje sitnim, nevidljivim metcima. Trgovci štetama poznati su kao kozmičke zrake, iako apsolutno nisu zrake - ali ime se zadržalo na povijesnom nesporazumu. Umjesto toga, uglavnom su to čestice: elektroni i protoni, ali povremeno i teže stvari poput helija ili čak željeznih jezgara.
Te su kozmičke čestice nevolje, jer: a) brze su i zato imaju mnogo kinetičke energije za bacanje okolo i b) električno se napune. To znači da mogu ionizirati naše loše DNA nukleotide, razdvajajući ih i povremeno dovodeći do nekontroliranih pogrešaka replikacije (aka, karcinom). ['Superstar' Eta Carinae djeluje poput sjajne kozmičke zrake, ali zašto?]
Kao da to nije dovoljno loše, svaka s vremena na vrijeme, otprilike jednom na kvadratni kilometar godišnje, čestica dolazi vrišteći u našu gornju atmosferu uistinu monstruoznom brzinom, udarajući se o nesretnoj molekuli dušika ili kisika i slijevajući se u tuš sekundarne čestice niže energije (ali još uvijek smrtonosne).
Postoji samo jedan odgovarajući odgovor kada se suočimo s česticom takvog smrtonosnog potencijala: "OMG."
Fastballs
"OMG" je nadimak dao prvom primjeru onoga što su danas poznate kao ultra-visoke energije kozmičkih zraka koje je 1991. godine detektirao svemirski detektor Fly's Eye's Fly's Eye na Sveučilištu Utah. Taj jedan proton zaletio se u našu atmosferu otprilike 99,99999999999999999999951 postotak brzine svjetlosti. I ne, sve te devetke nisu samo za dramatičan učinak da bi broj izgledao impresivno - stvarno je bio tako brz. Ova čestica imala je istu količinu kinetičke energije kao pristojno bačen bejzbol ... komprimirana u objekt veličine protona.
To znači da je ta čestica imala preko 10 milijuna puta više energije od onoga što može proizvesti naš najmoćniji sudarač čestica, LHC. Zbog relativističkog dilatacije vremena, tom brzinom čestica OMG mogla bi putovati do naše najbliže susjedne zvijezde, Proxime Centauri, za 0,43 milisekunde vlastitog vremena čestice. Moglo bi se nastaviti prema našoj galaktičkoj jezgri u trenutku kad ste završili s čitanjem ove rečenice (iz vlastite perspektive).
OMG, doista.
Od otkrivanja te čestice, nastavili smo gledati nebo tih ekstremnih događaja koristeći specijalizirane teleskope i detektore širom svijeta. Sve u svemu, zabilježili smo u stotinama čestica OMG klase u posljednjih nekoliko desetljeća.
Tih nekoliko desetaka primjera razjašnjavaju i produbljuju misterije njihova nastanka. Više podataka je uvijek dobro, ali koji je kurac u našem svemiru dovoljno moćan da protonu pruži dovoljno dobru pukotinu da bi mogao gotovo - skoro - izazvati svjetlo na utrku?
Knuckleballs
Da biste ubrzali napunjenu česticu do ludih brzina, potrebna su vam dva ključna sastojka: puno energije i magnetsko polje. Magnetsko polje djeluje na prijenos čestice koje god energije bile u vašem slučaju (recimo, eksplozivna kinetička energija eksplozije supernove ili vrtložni gravitacijski potez dok materija padne prema crnoj rupi). Detaljna fizika je, naravno, nevjerojatno komplicirana i nije baš dobro razumljiva. Mjesta rođenja kozmičkih zraka strašno su komplicirana i nalaze se u ekstremnim područjima našeg svemira, pa će do potpune fizičke slike teško doći.
Ali još uvijek se možemo poučiti otkud dolaze ekstremni primjeri poput našeg prijatelja, čestice OMG-a. Naše prvo nagađanje možda su supernove, titanske smrti masivnih zvijezda. Magnetska polja? Ček. Puno energije? Ček. Ali ne baš dovoljno energije da bih učinio trik. Zvjezdana detonacija vaše raznolikosti u vrtu jednostavno nema dovoljno sirovog oomfa koji bi ispljuvao čestice brzinom koju razmatramo.
Što je sljedeće? Aktivna galaktička jezgra snažni su protivnici. Te su jezgre stvorene kao što se materija vrti oko supermasivne crne rupe koja se nalazi u središtu galaksije; taj se materijal komprimira i zagrijava, tvoreći akrecijski disk u posljednjim trenucima. To uvijanje inferno stvara intenzivna magnetska polja iz dinamovih djelovanja, tvoreći snažnu mješavinu sastojaka potrebnih za dodavanje ozbiljnih konjskih snaga izbačenim česticama.
Osim (a znali ste da će postojati "osim"), aktivne galaktičke jezgre predaleko su da bi proizvodile kozmičke zrake koje dopiru do Zemlje. S jezivim brzinama ultra-visokoenergetske kozmičke zrake, krstarenje kosmosom više je poput pokušaja proranjanja kroz oluju. To je zato što se pri tim brzinama kozmička mikrovalna pozadina - poplava fotona niske energije preostala iz vrlo ranog svemira - čini visoko pomaknutom prema višim energijama. Dakle, to svjetlo visokog intenziteta pršti i zamahuje na putujućem kozmičkom zraku, usporavajući i na kraju ga zaustavljajući.
Stoga ne bismo trebali očekivati da će najmoćnije kozmičke zrake proputovati bilo šta više od stotinu milijuna svjetlosnih godina ili slično - a većina aktivnih galaktičkih jezgara je mnogo, mnogo dalje od nas.
Curveballs
Dugo je vrijeme glavni osumnjičeni za OMG generacije bio Centaur A, relativno obližnje aktivno galaktičko jezgro koje sjedi negdje između 10 milijuna i 16 milijuna svjetlosnih godina. Snažni, magnetski i bliski - savršeni kombinacija. No, iako su neka istraživanja nagovijestila da kozmičke zrake mogu poticati iz njegovog općeg smjera, nikad nije postojala dovoljno jasna povezanost da bi se ta galaksija mogla prebaciti od osumnjičenih do osuđenih. [Dubok pogled na čudnovatu galaksiju Kentaur A]
Dio problema je u tome što vlastito magnetsko polje Mliječne staze suptilno mijenja putanju dolaznih kozmičkih zraka, prikrivajući svoje izvorne smjerove. Dakle, da biste rekonstruirali izvor kozmičke zrake, potrebni su vam i modeli za snagu i smjerove magnetskog polja naše galaksije - nešto što nemamo baš u potpunosti.
Ako OMG generator sam po sebi nije Centaur A, onda su to možda Seyfertove galaksije, određeni galaktički podrazred općenito bližih, općenito slabijih (ali još uvijek ludo svijetlih i jakih) aktivnih galaktičkih jezgara. Ali opet, bez čak stotinu uzoraka, teško je napraviti rigoroznu statističku odluku.
Možda su to rafali gama zraka, za koje se mislilo da potječu iz osebujnog kataklizmičkog kraja nekim od najekstremnijih zvijezda. Ali naše razumijevanje fizike te situacije je (možete li vjerovati?) Nekako škakljivo.
Možda je to nešto egzotičnije, poput topoloških nedostataka iz najranijih trenutaka Velikog praska ili nekih zabavnih interakcija unutar tamne materije. Možda pogrešimo fiziku i naši proračuni ograničenja udaljenosti nisu točni. Možda, možda, možda ...
Pravo porijeklo ovih ultra-energetskih čestica „OMG“ teško je utvrditi, i unatoč gotovo 30 godina povijesti otkrivanja, nemamo mnogo čvrstih odgovora. Što je u redu - dobro je imati barem neke misterije u svemiru. Astrofizičari bi mogli koristiti i neki posao osiguranja.
Saznajte više slušajući epizodu u podcastu "Pitaj svemira", dostupnu na iTunesu i na webu na http://www.askaspaceman.com. Hvala hchrissscottt na pitanjima koja su dovela do ovog djela! Postavite svoje pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paul @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter. Pratite nas @Spacedotcom, Facebook i Google+. Izvorni članak na Space.com.
