3 Minuten
Kas tie itin didelės energijos kosminiai spinduliai?
Jau dešimtmečius astrofizikai siekia įminti kosminių spindulių mįslę. Šie subatominiai daleliai, daugiausia protonai ir atomų branduoliai, nuolat pasiekia Žemę iš tolimos Visatos. Nors dauguma šių aukštos energijos dalelių kyla iš gerai žinomų kosminių reiškinių, retas jų pogrupis – vadinamieji itin didelės energijos kosminiai spinduliai – mokslininkus glumina savo stulbinamomis energijomis, kurios kartais viršija petaelektronvoltą (PeV). Tai yra maždaug tūkstantį kartų daugiau nei galingiausios dalelės, sukurtos žmogaus sukonstruotuose akseleratoriuose.
Supernovų vaidmuo galimų PeVatronų paieškose
Viena perspektyviausių hipotezių, paaiškinančių šias PeV energijos daleles, yra žvaigždžių sprogimai – supernovos. Supernovos metu žvaigždė, neatlaikiusi savo gravitacijos poveikio, susispaudžia ir sukelia katastrofišką smūgio bangą bei stiprią magnetinę turbulenciją. Manoma, jog būtent šis procesas gali įgreitinti krūvines daleles – atomų branduolius ir elektronus – beveik iki šviesos greičio. Tačiau stebėjimai kartais kelia abejonių, ar tokios žvaigždžių mirtys iš tiesų gali sukurti pakankamai energijos didžiausio intensyvumo kosminiams spinduliams, pasiekiantiems mūsų planetą.
Ticho supernova: užuominos mūsų galaktikoje
Vienu iš pagrindinių objektų tapo Ticho supernova, 1572 m. mūsų Galaktikoje stebėtas žvaigždės sprogimas, esantis už kelių tūkstančių šviesmečių nuo Žemės. Šiuolaikiniai astronomai nustatė, jog tai buvo baltosios nykštukės žvaigždės, esančios dvejinėje sistemoje, termobranduolinis sprogimas. Ticho supernovos liekana tapo puikia kosmine laboratorija, kurioje tyrinėjama, ar supernovos gali įgreitinti daleles iki rekordinės energijos. 2023 metų tyrime mokslininkai išanalizavo Ticho liekanų magnetinius laukus ir nustatė, kad šių liekanų gebėjimas generuoti PeV lygio kosminius spindulius yra ženkliai mažesnis nei kai kuriose ankstesnėse teorijose numatyta. Šie rezultatai visiškai neatmeta supernovų, kaip galimų kosminių akseleratorių, tačiau leidžia suprasti, kad jų realus poveikis greičiausiai yra ribotas ar priklauso nuo itin specifinių sąlygų.
Numerinės simuliacijos atskleidžia lemtingą įgreitėjimo trumpą laikotarpį
Naujas Roberto Brose (Potsdamo universitetas), Iurii Sushch (Ispanijos energetikos ir aplinkos tyrimų centras) ir Jonathano Mackey (Dublino pažangiųjų studijų institutas) tyrimas vėl atkreipė dėmesį į supernovas kaip potencialius kosminių spindulių akseleratorius. Naudodami pažangias numerines simuliacijas, mokslininkai parodė, kad PeV energiją gali pasiekti tik tuomet, kai supernovos sprogimas vyksta tinkamomis aplinkos ir laiko sąlygomis.
Modeliuose pavaizduota, jog prieš sprogimą žvaigždė išmeta pakankamai medžiagos, kad susidarytų tankus apvalkalas aplink ją. Supernovos sukelta smūgio banga susiduria su šiuo storu apvalkalu, sukeldama būtiną magnetinę turbulenciją, kuri leidžia daleles įgreitinti iki itin didelių energijų. Svarbiausia, kad šis įgreitėjimo mechanizmas efektyviai veikia tik per labai trumpą laikotarpį – pirmąjį dešimtmetį ar du po sprogimo, kai aplinkinė terpė yra tankiausia ir chaotiškiausia. Vėliau medžiagai išsisklaidžius, galimybė pagreitinti daleles iki PeV lygio greitai išnyksta.
„Tikėtina, kad tik labai jaunos supernovų liekanos ypač tankioje aplinkoje gali sudaryti būtinas sąlygas dalelių įgreitėjimui iki PeV energijų,“ pabrėžia tyrėjai, kviesdami stebėti tokius įvykius mūsų Galaktikoje, siekiant patvirtinti teorinius modelius.
Žvilgsnis į ateitį: kandidatų į PeVatronus paieškos
Tyrimo rezultatai teikia naujų vilčių įminti vadinamųjų kosminių PeVatronų paslaptį – natūralių variklių, galinčių sukurti didžiausios energijos kosminius spindulius, egzistavimą. Nors Ticho supernovos pagrindinis įgreitėjimo etapas jau praėjo prieš kelis šimtmečius, atradimai rodo, kad ateities stebėjimai daug jaunesnių supernovų tankioje aplinkoje galėtų suteikti trokštamų įrodymų.
Šiuo metu mokslininkai sutelkia dėmesį į jaunų supernovų ir jų liekanų stebėjimą su naujos kartos kosminiais teleskopais bei observatorijomis. Šios technologijos, kartu su išmanesnėmis numerinėmis simuliacijomis ir teoriniais modeliais, leis tiksliau išmatuoti ryšį tarp kosminių spindulių energijos ir jų astrofizikinės kilmės.
Išvados
Kelias į Visatos galingiausių kosminių spindulių kilmės supratimą artėja prie lemtingo proveržio, dėka modernių simuliacijų, stebėjimų ir teorinių studijų pažangos. Nors ne visos supernovos sukuria PeV daleles, naujieji tyrimai išryškina, kad būtent labai tankioje aplinkoje sprogstančios, dar jaunos supernovos gali veikti kaip tikrieji galaktikos gamtiniai akseleratoriai. Vos tik mokslininkams pavyks užfiksuoti netoli mūsų įvykusią tokią žvaigždės mirtį, galime būti labai arti atsakymo į šią kosminę mįslę.
Kommentare