Ένα κοσμικό μυστήριο δεκαετιών αρχίζει να αποκαλύπτει νέα στοιχεία, καθώς οι ερευνητές ανακαλύπτουν ένα εντυπωσιακά σταθερό μοτίβο στη συμπεριφορά των σωματιδίων υψηλής ενέργειας που διασχίζουν το σύμπαν.
Περισσότερα από 100 χρόνια μετά την ανακάλυψή τους, οι κοσμικές ακτίνες συνεχίζουν να προβληματίζουν τους επιστήμονες. Αυτά τα εξαιρετικά ενεργειακά σωματίδια ταξιδεύουν στο σύμπαν προερχόμενα από μακρινές και πανίσχυρες πηγές.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) εργάζεται για την καλύτερη
κατανόησή τους, εξετάζοντας μεταξύ άλλων εάν η σκοτεινή ύλη παίζει ρόλο στον τρόπο σχηματισμού τους.Αυτό το διεθνές πρότζεκτ, στο οποίο συμμετέχει το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE), αποκάλυψε τώρα ένα σημαντικό νέο στοιχείο. Οι ερευνητές εντόπισαν ένα κοινό χαρακτηριστικό ανάμεσα σε αυτά τα σωματίδια, και τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature.
Το μυστήριο των κοσμικών ακτίνων
Οι κοσμικές ακτίνες είναι τα σωματίδια με την υψηλότερη ενέργεια που έχουν ανιχνευθεί ποτέ, υπερβαίνοντας κατά πολύ οτιδήποτε παράγεται από τους κατασκευασμένους από τον άνθρωπο επιταχυντές στη Γη.
Η προέλευσή τους παραμένει αβέβαιη, αν και οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι δημιουργούνται σε ακραία περιβάλλοντα, όπως εκρήξεις σουπερνόβα (υπερκαινοφανών αστέρων), πίδακες από μαύρες τρύπες ή πάλσαρ.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο DAMPE, που εκτοξεύτηκε τον Δεκέμβριο του 2015, σχεδιάστηκε για να διερευνήσει αυτά ακριβώς τα ερωτήματα. Στην αποστολή συμβάλλει σημαντικά η ομάδα αστροφυσικής του Τμήματος Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής (DPNC) του Πανεπιστημίου της Γενεύης (UNIGE).
Αναλύοντας δεδομένα υψηλής ακρίβειας, οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα σταθερό μοτίβο στην κατανομή ενέργειας των πρωτογενών πυρήνων των κοσμικών ακτίνων, από τα πρωτόνια έως τον σίδηρο. «Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται κυρίως από πρωτόνια, αλλά και από πυρήνες ηλίου, άνθρακα, οξυγόνου και σιδήρου», εξηγεί ο Andrii Tykhonov, αναπληρωτής καθηγητής στο DPNC της Σχολής Θετικών Επιστημών του UNIGE και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
«Αυτά τα σωματίδια κατηγοριοποιούνται επίσης ανάλογα με την ενέργειά τους: χαμηλή, έως μερικά δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ (eV). Ενδιάμεση, από μερικά δισεκατομμύρια έως αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ και υψηλή, από 1.000 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ και άνω».
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο αριθμός των σωματιδίων μειώνεται πιο απότομα μετά από ένα ορισμένο επίπεδο ενέργειας. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως «φασματική αποδυνάμωση» (spectral softening), αντανακλά μια πιο έντονη πτώση από τη σταδιακή μείωση που παρατηρείται κανονικά καθώς η ενέργεια αυξάνεται.
Συνέπειες για τη Φυσική των κοσμικών ακτίνων
Αυτή η μετατόπιση συμβαίνει σε μια ακαμψία (rigidity) περίπου 15 TV (τερακτινοβολτ) (περίπου 15 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ). Η ακαμψία περιγράφει το πόσο επηρεάζεται η διαδρομή ενός σωματιδίου από τα μαγνητικά πεδία.
Ο εντοπισμός του ίδιου μοτίβου σε αυτό το επίπεδο ακαμψίας σε διαφορετικούς τύπους πυρήνων υποστηρίζει τα μοντέλα όπου τόσο η επιτάχυνση όσο και η κίνηση των κοσμικών ακτίνων εξαρτώνται από την ακαμψία.
Οι αντίπαλες θεωρίες που επικεντρώνονται στην ενέργεια ανά νουκλεόνιο (ενέργεια διαιρούμενη με τον αριθμό των νουκλεονίων στο σωματίδιο) αμφισβητούνται έντονα από τα δεδομένα, με επίπεδο εμπιστοσύνης 99,999%. Οι ερευνητές του UNIGE διαδραμάτισαν καθοριστικό ρόλο σε αυτή την εργασία.
Ανέπτυξαν προηγμένες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για την αναπαράσταση των γεγονότων των σωματιδίων και συνέβαλαν σε ακριβείς μετρήσεις των ροών πρωτονίων και ηλίου, καθώς και στην ανάλυση του άνθρακα.
Η ομάδα ηγήθηκε επίσης της ανάπτυξης ενός βασικού οργάνου του DAMPE, του Ανιχνευτή Πυριτίου-Βολφραμίου (STK), ο οποίος επιτρέπει στους επιστήμονες να ιχνηλατούν με ακρίβεια τις διαδρομές των σωματιδίων και να μετρούν το φορτίο τους.
Αυτά τα ευρήματα φέρνουν τους επιστήμονες πιο κοντά στην κατανόηση της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων και του τρόπου με τον οποίο ταξιδεύουν μέσα στον γαλαξία. Τα αποτελέσματα θέτουν νέα όρια στις θεωρίες σχετικά με την επιτάχυνση των σωματιδίων σε ακραία αστροφυσικά περιβάλλοντα και βελτιώνουν τα μοντέλα για το πώς αυτά τα σωματίδια κινούνται στον μεσοαστρικό χώρο.
Από το enikos
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου