Matymas kosminio superakceleratoriaus viduje – dangus ir teleskopas


Dailininkės pulsaro Gemingos iliustracija
Šiame menininko paveiksle pavaizduotas pulsaro vėjo ūkas aplink kitą pulsarą, pavadintą Geminga. Pulsaro vėjo ūkai gali būti dalelių greitintuvų kosminės vietos.
Nahks TrEhnl

Išimkite monetą iš kišenės ir išmeskite. Šis monetų vartymas neša peta-elektronų voltų (PeV) energiją. Dabar įsivaizduokite dalelę, milijoną milijardų kartų mažesnę už jūsų monetą, toli už net galingiausio mikroskopo diapazono – ir ji skraido su tiek pat energijos. Ta viena dalelė tūkstantį kartų viršija energiją, kurią gali generuoti moderniausi žmonijos dalelių greitintuvai.

Tačiau visatoje tokių nepaprastai energingų dalelių netrūksta. Jie visą laiką atsitrenkia į Žemės atmosferą. Tačiau nors astronomai jau seniai žinojo apie šių stiprių dalelių egzistavimą, jiems sunku suprasti, kaip jos atsiranda. Tik neseniai duomenys pradėjo šviesti apie šį reiškinį.

Susuktas kelias

Bėda ta, kad PeV dalelės paprastai yra įkrautos, nesvarbu, ar tai protonai, ar elektronai. Taigi jie yra jautrūs magnetinių laukų manipuliavimui, jų keliai krypsta į vieną ir kitą pusę, kai jie eina per galaktiką. Atsekti vieną dalelę iki jos šaltinio beveik neįmanoma.

Tačiau procesai, kurie gamina energetines daleles, taip pat sukuria gama spindulius. O gama spinduliai, kurie yra beelektriniai fotonai, nėra taip lengvai suklaidinami galaktikos besisukančio magnetinio lauko. Taigi šie fotonai yra pasiuntiniai, galintys pasakyti astronomams, kur ir kaip pagreitinamos dalelės.

Pastaraisiais metais prisijungė du įrenginiai, suteikiantys astronomams prieigą prie didžiausios energijos gama spindulių: didelio aukščio oro dušo observatorija (LHAASO) Tibete ir didelio aukščio vandens Čerenkovo ​​observatorija (HAWC) Meksikoje. Jų duomenys leido astronomams apytiksliai identifikuoti keliolika galimų kosminių dalelių greitintuvųžinomas kaip Pevatronas.

Tibeto dalelių observatorija
LHAASO, kosminių spindulių observatorija Yangbajing mieste, pietvakarių Kinijos Tibeto autonominiame regione.
Kinijos mokslų akademijos Didelės energijos fizikos institutas

Ungurio ūkas

Vienas iš šių Pevatrono kandidatų yra Ungurio ūkas, esantis už 11 400 šviesmečių Scutum žvaigždyne. Šiame ūke įkrautų dalelių debesis supa pulsarą, kai šis sparčiai juda per erdvę, todėl įgauna ryškią gyvatės formą.

Naudodami ne tik gama spindulių, bet ir rentgeno bei radijo bangų stebėjimus dalelių debesiui apibūdinti, Danielis Burgessas (Kolumbijos astrofizikos laboratorija) ir komanda sukūrė kompiuterinį modelį, apibūdinantį dabartinę pulsaro būseną, plazmą aplink jį ir jų raida laikui bėgant. Tyrime, kuriame pasirodys Astrofizikos žurnalas (išankstinis spaudinys pasiekiamas čia), jie rodo, kad šis konkretus Pevatronas pagreitina elektronus iki PeV energijos.

Ungurio ūkas rentgeno ir gama spinduliuose
Ši animacija pirmiausia rodo rentgeno fotonus, aptiktus iš Ungurio ūko, tada gama spindulių emisiją. Gama spinduliai turi didesnę energiją ir mažesnę skiriamąją gebą nei rentgeno spinduliai, todėl gama spindulių vaizdas atrodo daug neryškesnis.
DanielBurgess ir kt.

„Tai vienas pirmųjų vienareikšmiškai nustatytų [electron-accelerating] PeVatron kandidatai“, – sako Henrike Fleischhack (Amerikos katalikų universitetas). „Čia pateikti tolesni stebėjimai ir išsamus modeliavimas. . . gali pasitarnauti kaip planas tiriant ir identifikuojant kitus PeVatron kandidatus.

Iš tiesų, komandos narė Kaya Mori (taip pat Kolumbijos astrofizikos laboratorijoje) patvirtina, kad komanda dirba siekdama pritaikyti tą pačią techniką keliems kitiems pulsaro debesims, įskaitant du ūkus, įtaigiai pavadintus Dragonfly ir Boomerang. Kitos komandos tiria alternatyvius Pevatronus, pavyzdžiui, sukrėstus plazmos burbulus, kuriuos išskleidė supernovos sprogimai.

Nors Ungurio ūkas yra aiškus PeV elektronų šaltinis, Fleischhackas pabrėžia, kad Žemėje stebimos energetinės dalelės susideda ne tik iš elektronų, bet ir iš protonų. Ir iki šiol buvo nustatyta, kad dauguma kitų kandidatų Pevatrons tik pagreitina elektronus.

„Klausimas išlieka“, – sako Fleischhackas: „Kur yra [proton-accelerating] PeVatronai, apie kuriuos žinome, turi būti ten?


Skelbimas