3 Minutės
Ultradidelės energijos kosminiai spinduliai: Visatos paslapčių tyrimas
Daugelį dešimtmečių astrofizikus žavi kosminių spindulių – subatominių dalelių, daugiausia protonų ir atomų branduolių, kurie nuolat atskrieja į Žemę iš kosmoso platybių – paslaptis. Nors didžioji aukštos energijos kosminių spindulių dalis kyla iš gerai žinomų kosminių procesų, nedidelę jų dalį, vadinamą ultradidelės energijos kosminiais spinduliais, iki šiol gaubia paslaptis dėl nepaprastai aukštos energijos – ji kartais viršija petaelektronvoltą (PeV), tai yra tūkstantį kartų daugiau nei galingiausios žmonijos sukurtos dalelės greitintuvuose.
Supernovos – galimi PeVatronai?
Viena pagrindinių hipotezių, galinčių paaiškinti šiuos paslaptingus PeV spindulius, yra žvaigždžių sprogimai – supernovos. Supernovos metu žvaigždė žlunga po savo gravitacija ir išskiria galingą smūginę bangą bei intensyvias magnetines turbulencijas. Manoma, kad šio proceso metu įelektrintos dalelės – atomų branduoliai ir elektronai – gali būti paspartintos beveik iki šviesos greičio. Tačiau stebėjimų duomenys kelia abejonių, ar šios didžiulės jėgos išties pakanka, kad paaiškintų pačius ekstremaliausius į Žemę atskriejančius kosminius spindulius.
Tycho supernova: Užuominos iš Paukščių Tako aplinkos
Vienas iš naujausių tyrimų objektų yra Tycho supernova – žvaigždės sprogimas, fiksuotas 1572 metais mūsų galaktikoje, nutolęs kelių tūkstančių šviesmečių atstumu nuo Žemės. Šiandien astronomai šį įvykį priskiria baltosios nykštukės žvaigždės termobranduoliniam sprogimui dvejatinėje sistemoje. Tycho supernovos liekana tapo savotiška kosmine laboratorija, kurioje mokslininkai ieško atsakymo, ar supernovos gali pagreitinti daleles iki aukščiausių energijų. 2023 metų tyrimo metu buvo analizuojami Tycho supernovos magnetiniai laukai ir nustatyta, kad jų galimybės generuoti PeV energijos kosminius spindulius gerokai mažesnės nei kai kurie teoriniai modeliai prognozavo. Nors supernovų kaip natūralių kosminių greitintuvų teorija nėra visiškai paneigta, šio tyrimo rezultatai leidžia manyti, kad būtinos sąlygos yra griežtesnės arba jų poveikis – labiau ribotas nei manyta anksčiau.
Skaitmeniniai modeliai atskleidžia lemiamą pagreičio laikotarpį
Naujausias tyrimas, kurį atliko fizikai Robert Brose (Potsdamo universitetas), Iurii Sushch (Ispanijos energetikos, aplinkos ir technologinių tyrimų centras) ir Jonathan Mackey (Dublino pažangiųjų studijų institutas), vėl atkreipė dėmesį į supernovų – kosminių spindulių greitintojų – galimybes. Pasitelkę modernias skaitmenines simuliacijas, jie parodė, kad norint pasiekti PeV energijas, svarbiausi yra supernovos aplinka ir įvykio laikas.
Pagal šiuos modelius žvaigždė prieš sprogimą išmeta pakankamai medžiagos, kad aplink ją susidarytų tankus apvalkalas. Supernovos smūginė banga, atsitrenkusi į šią tankią sritį, sukelia reikiamą magnetinę turbulenciją, gebančią paspartinti daleles iki itin aukštų energijų. Labai svarbu, kad šis pagreičio mechanizmas veikia tik ribotą laiką – pirmaisiais dešimt ar dvidešimt metų po sprogimo, kol tankus apvalkalas tebėra išlaikęs savo struktūrą. Vėliau apvalkalui pradėjus sklaidytis, galimybė generuoti ultradidelės energijos kosminius spindulius greitai išnyksta.
„Tik labai jaunos supernovų liekanos, vystančiossi tankioje aplinkoje, gali sukurti sąlygas, kurios būtinos dalelėms pasiekti PeV energijas“, – apibendrina tyrėjai, pabrėždami, kad tokio įvykio fiksavimas mūsų galaktikoje būtų ypač vertinga proga patikrinti teorinius modelius.
Ateities paieškos: Kur slypi galimi PeVatronai?
Šie atradimai suteikia naujų vilčių išspręsti ilgalaikę PeVatronų – kosminių objektų, gebančių generuoti didžiausios energijos kosminius spindulius – mįslę. Nors Tycho supernovos pagreičio etapas buvo praėjęs dar iki šiuolaikinių detektorių ero, tyrimas leidžia manyti, kad ateityje stebint daug jaunesnes supernovų liekanas tankioje aplinkoje galima būtų rasti mokslininkams trūkstamų įrodymų.
Astrofizikai dabar didelį dėmesį skiria jaunų supernovų ir jų liekanų stebėjimui bei tolimesnei jų analizei su naujos kartos observatorijomis. Kartu pažangos skaitmeniniame modeliavime ir teoriniuose tyrimuose leis giliau suprasti ryšį tarp kosminių spindulių energijų ir jų astrofizinių šaltinių.
Išvada
Kelias, vedantis į pačių energingiausių Visatos kosminių spindulių kilmės išaiškinimą, tampa vis aiškesnis, dėka spartėjančios pažangos modeliavimo, stebėjimų ir teorijų srityje. Nors ne kiekviena supernova sugeba generuoti PeV energetikos daleles, naujausi tyrimai rodo, kad tos, kurios sprogo itin tankioje aplinkoje ir stebimos ankstyvoje stadijoje, gali būti galingiausi mūsų galaktikos natūralūs pagreitinimo varikliai. Stebėdami kosmosą, mokslininkai laukia netolimos žvaigždės žūties, kuri galėtų suteikti galutinius atsakymus, padėsiančius kartą ir visiems laikams atskleisti šią kosmoso paslaptį.
Komentarai