Η γη βομβαρδίζεται συνεχώς κοσμικές ακτίνεςΒροχές σωματιδίων υψηλής ενέργειας που εκτοξεύουν τον πλανήτη μας από όλες τις κατευθύνσεις με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός.
Αν και αυτό μπορεί να ακούγεται σαν προάγγελος μιας εισβολής εξωγήινων επιστημονικής φαντασίας, είναι ένα πραγματικό φαινόμενο που οι επιστήμονες γνωρίζουν για πάνω από έναν αιώνα. Παρά τη δραματική τους περιγραφή, οι κοσμικές ακτίνες είναι στην πραγματικότητα αρκετά κοινές – περνούν από τον πλανήτη μας τόσο τακτικά που ένα άτομο έχει περίπου ένα εκατομμύριο κοσμικές ακτίνες που ταξιδεύουν στο σώμα του κατά τη διάρκεια ενός μέσου νυχτερινού ύπνου, διαπίστωσε η μελέτη. Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ Στο Ηνωμένο Βασίλειο
Παρά την πανταχού παρουσία τους, οι κοσμικές ακτίνες εξακολουθούν να αντιπροσωπεύουν ένα επιστημονικό μυστήριο.Ενώ οι κοσμικές ακτίνες αργής ενέργειας χτυπούν Γη Είναι γνωστό ότι προέρχονται από το Ήλιοςάλλα με υψηλότερες ενέργειες ρέουν στο Ηλιακό σύστημα από τα βάθη Χώρος. Η προέλευση αυτής της εξωηλιακής κοσμικής ακτινοβολίας είναι λιγότερο γνωστή, συμπεριλαμβανομένων ύποπτων πηγών Μαύρες τρύπες και αυτό Supernova Εκρήξεις που σηματοδοτούν τον θάνατο μεγάλων αστεριών.
Σχετίζεται με: Διαστημικά μυστικά: Γιατί δεν υπάρχουν φεγγάρια αερίου;
Οι κοσμικές ακτίνες «έχουν ανιχνευθεί εδώ στη Γη για περισσότερα από 100 χρόνια. Ωστόσο, η προέλευσή τους είναι ακόμα σε μεγάλο βαθμό άγνωστη», λέει η Julia Tjus, Καθηγήτρια Φυσικής και αστρονομία στο Πανεπιστήμιο του Ρουρ στη Γερμανία, το Space.com είπε μέσω email. «Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια φτάνουν σε ενέργειες πολύ πέρα από αυτό που μπορούμε να πετύχουμε εδώ στη Γη. Προσπαθούμε να λύσουμε ένα μυστήριο που είναι πλέον πάνω από 100 χρόνια, ενώνοντας αργά αλλά σταθερά τα κομμάτια».
Τι είναι οι κοσμικές ακτίνες;
Οι κοσμικές ακτίνες είναι ρεύματα σωματιδίων υψηλής ενέργειας που προσκρούουν ατμόσφαιρα της γης σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Ανακαλύφθηκαν τον 20ο αιώνα και η Ο όρος «κοσμικές ακτίνες» επινοήθηκε το 1925 από τον φυσικό Robert Millikan..
Από τότε, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τρισεκατομμύρια κοσμικές ακτίνες χτυπούν τη Γη κάθε μέρα, αλλά η συντριπτική πλειοψηφία εμποδίζεται από την ακτινοβολία του πλανήτη μαγνητόσφαιρα και ατμόσφαιρα.
Πάνω από το 90% των κοσμικών ακτίνων είναι πυρήνες υδρογόνου (μεμονωμένα πρωτόνια), το 9% είναι οι πυρήνες του ηλίου και το 1% είναι οι πυρήνες των βαρέων στοιχείων συμπεριλαμβανομένου του σιδήρου, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Σικάγο. Αυτά ονομάζονται «αδρονικά σωματίδια» επειδή αποτελούνται από αδρόνια Πρωτόνια Και Νετρόνιαπου αποτελούνται από τα λεγόμενα στοιχειώδη σωματίδια Κουάρκς.
“Υπάρχουν επίσης Ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια [the antiparticles of electrons] έρχονται σε μας με κοσμικές ακτίνες, αλλά σε μικρότερους αριθμούς από τα αδρονικά σωματίδια. Αυτά αναφέρονται συχνά ως ηλεκτρόνια κοσμικής ακτίνας», είπε ο Tjus. “Μερικές φορές οι άνθρωποι περιλαμβάνουν επίσης τα ουδέτερα σωματίδια υψηλής ενέργειας – φωτόνια και.” Νετρίνα – στον όρο «κοσμικές ακτίνες», αλλά στους περισσότερους ορισμούς αυτές αναφέρονται ξεχωριστά».
Πώς οι κοσμικές ακτίνες γίνονται τόσο ενεργητικές;
Ο πυρήνας του μυστηρίου των κοσμικών ακτίνων είναι πώς αυτά τα σωματίδια μπορούν να φτάσουν σε τόσο απίστευτες ενέργειες που να επιταχύνονται σε σχεδόν αστρονομικά ύψη Ταχύτητα Φωτός.
«Γνωρίζουμε πολύ καλά τις ενέργειες των κοσμικών ακτίνων – το σύμπαν επιταχύνει κατά κάποιο τρόπο σωματίδια έως και 10²⁰ (1 ακολουθούμενο από 20 μηδενικά) ηλεκτρονιοβολτ (eV)», είπε ο Tjus. «Σε σύγκριση, οι επίγειοι επιταχυντές είναι τέτοιοι Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC) στο CERN μπορεί να επιταχύνει μόνο σωματίδια έως και 10¹3 eV, πολλές τάξεις μεγέθους μικρότερο από αυτό που μπορεί να επιτύχει το σύμπαν. Ο μηχανισμός του τρόπου με τον οποίο τα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν σε αυτές τις ακραίες ενέργειες δεν είναι ακόμη σαφής».
Μια πρόταση είναι ότι τα σωματίδια θα μπορούσαν να επιταχυνθούν σε τέτοιες ενέργειες από ένα μέτωπο κρούσης, το οποίο συμβαίνει όταν ένα υλικό που κινείται με απίστευτα υψηλές ταχύτητες συναντά ένα μέσο που κινείται πιο αργά και προκαλεί μια ξαφνική αλλαγή σε αυτό. Αυτό θα δημιουργούσε ένα τυρβώδες μαγνητικό πεδίο που θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ένας φυσικός και ισχυρός επιταχυντής κοσμικών σωματιδίων.
Ένας τρόπος για να δημιουργηθούν τέτοιες συνθήκες θα ήταν ένας σουπερνόβα, η έκρηξη που συμβαίνει όταν πεθαίνει ένα τεράστιο αστέρι. Αυτή η έκρηξη θα έστελνε τα εξωτερικά στρώματα του άστρου να πετούν στον αέρα με απίστευτες ταχύτητες έως ότου αυτό το αστρικό υλικό τελικά χτυπήσει το αστέρι διαστρικό μέσο — αργά κινούμενα νέφη αερίου ενδιάμεσα αστέρια – Δημιουργία ενός λαμπερού υπολείμματος σουπερνόβα.
«Τα υπολείμματα σουπερνόβα είναι λογικοί υποψήφιοι για τις κοσμικές ακτίνες που προέρχονται από μέσα Γαλαξίας. Υπάρχουν ενδείξεις ότι τα υπολείμματα σουπερνόβα μπορούν να επιταχύνουν τα σωματίδια σε ενέργειες γύρω από το GeV [around 10⁹ to 10¹² eV]”είπε ο Tjus. «Στις υψηλότερες ενέργειες, περίπου 10²⁰ eV, γνωρίζουμε ότι αυτά τα σωματίδια πρέπει να προέρχονται από άλλους γαλαξίες».
Είπε ότι μια λογική πηγή αυτών των κοσμικών ακτίνων υψηλότερης ενέργειας είναι οι ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες (AGN), τα κέντρα των ενεργών γαλαξιών που τροφοδοτούνται με τροφοδοσία υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες με μάζες εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μάζα του ήλιου.
Οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες AGN περιβάλλονται από ύλη με την οποία τρέφονται σταδιακά και επίσης στροβιλίζονται γύρω από την τεράστια βαρυτική τους επιρροή, με αποτέλεσμα να λάμπουν πιο φωτεινά από το συνδυασμένο φως όλων των γύρω αστεριών γαλαξίας. Η ύλη σε αυτές τις περιοχές που δεν παραδίδεται στην κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα μπορεί να κατευθυνθεί στους πόλους της μαύρης τρύπας, όπου εκτοξεύεται ως πίδακες ύλης με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Εάν αυτοί οι πίδακες χτυπήσουν το περιβάλλον διαστρικό υλικό, αυτή η σύγκρουση θα μπορούσε επίσης να παράγει κοσμικές ακτίνες.
Μια άλλη πιθανή πηγή κοσμικής ακτινοβολίας θα μπορούσε να είναι οι λεγόμενοι γαλαξίες αστρικής έκρηξης – αυτοί που έχουν εξαιρετικά υψηλό ρυθμό σχηματισμού άστρων – που φιλοξενούν εκρήξεις ακτίνων γάμμαείπε ο Tyus.
Αλλά αν οι κοσμικές ακτίνες προέρχονται από μερικά από τα πιο βίαια και εντυπωσιακά γεγονότα στο σύμπαν, γιατί οι αστρονόμοι δυσκολεύονται να εντοπίσουν αυτά τα φορτισμένα σωματίδια σε αυτές τις πηγές;
Ένα κοσμικό φλιπεράκι
Ένας λόγος που είναι δύσκολο να βρούμε τις πηγές των κοσμικών ακτίνων είναι ότι αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια που επηρεάζονται από μαγνητικά πεδία. Όταν αυτά τα σωματίδια συναντούν μαγνητικά πεδία στο μακρύ ταξίδι τους στο διάστημα προς εμάς, εκτρέπονται.
Δηλαδή, έως ότου οι εξωγαλαξιακές κοσμικές ακτίνες φτάσουν στη Γη μετά από ταξίδια εκατομμυρίων ή δισεκατομμυρίων έτη φωτόςΕκτρέπονταν και ανακατευθύνθηκαν πολλές φορές, αναπηδώντας γύρω από τον κόσμο σαν μια μπάλα σε ένα ουράνιο φλιπεράκι. Αυτό καθιστά την ανακατασκευή της αρχικής τους διαδρομής σχεδόν αδύνατη, αλλά μπορεί να υπάρχει ένας έμμεσος τρόπος για να γίνει αυτό.
«Όταν οι κοσμικές ακτίνες αλληλεπιδρούν με το αέριο, αυτές οι αλληλεπιδράσεις έχουν ως αποτέλεσμα την παραγωγή φωτονίων και νετρίνων. Αυτά είναι ουδέτερα σωματίδια που εξαπλώνονται σε ευθεία γραμμή και επομένως μπορούν να αποκαλύψουν έμμεσα την προέλευση των κοσμικών ακτίνων», εξήγησε ο Tjus.
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Γιατί δεν υπάρχουν φεγγάρια αερίου;
— Κινείται ο ήλιος στο ηλιακό σύστημα;
— Γιατί ανατρέπονται οι μαγνητικοί πόλοι της Γης;
Επί του παρόντος, οι κοσμικές ακτίνες μελετώνται σε ένα ευρύ φάσμα ενέργειας από 109 eV έως 1020 eV, με τους επιστήμονες να μελετούν τα πάντα, από τη σύνθεση των κοσμικών ακτίνων έως τις προτιμώμενες βασικές κατευθύνσεις τους. Ο Tjus πιστεύει ότι με έναν συνδυασμό τρισδιάστατης μοντελοποίησης και μετρήσεων ακριβείας των νετρίνων και των φωτονίων που σχετίζονται με τις κοσμικές ακτίνες, μπορεί να γίνει πρόοδος στην κατανόηση από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες και πώς εκτοξεύονται σε τέτοιες απίστευτες ενέργειες.
«Το παζλ των κοσμικών ακτίνων μπορεί να λυθεί μόνο με τη συγκέντρωση διαφορετικών πληροφοριών από τους διαφορετικούς αγγελιοφόρους που παρατηρήθηκαν», είπε ο Tjus. «Σήμερα υπάρχει μια ποικιλία από παρατηρητήρια που παρέχουν διαφορετικές πληροφορίες».