Pet teleskopa H.E.S.S.-saradnje u Namibiji se koristi za proučavanje kosmičkog zračenja, posebno gama zračenja. Sa podacima iz 10 godina posmatranja, istraživači su sada uspeli da otkriju kosmičke elektrone i pozitrone sa energijom bez presedana od više od 10 tera-elektronvolti.
Pošto se naelektrisane čestice odbijaju u svim pravcima magnetnim poljima u našem kosmičkom susedstvu, teško je utvrditi njihovo poreklo. Ovaj put, međutim, izvanredan kvalitet izmerenog energetskog spektra čestica do najviših energetskih vrednosti otvara nove mogućnosti: naučnici sumnjaju da bi pulsar, koji možda nije udaljen više od nekoliko hiljada svetlosnih godina, mogao biti izvor .
Univerzum je domaćin ekstremnih okruženja, od najnižih temperatura do najenergetskih izvora. Ekstremni objekti kao što su ostaci supernove, pulsari ili aktivna galaktička jezgra proizvode naelektrisane čestice i gama zračenje sa energijama daleko iznad onih koje se dostižu u termičkim procesima kao što je nuklearna fuzija u zvezdama.
Dok emitovani gama zraci neometano prelaze svemir, naelektrisane čestice — ili kosmički zraci — odbijaju se sveprisutnim magnetnim poljima u univerzumu i izotropno stižu do Zemlje iz svih pravaca. To znači da istraživači ne mogu direktno zaključiti poreklo zračenja.
Pored toga, naelektrisane čestice gube energiju interakcijom sa svetlošću i magnetnim poljima. Ovi gubici su posebno jaki za najenergičnije elektrone i pozitrone (pozitivno naelektrisane antičestice elektrona) sa energijama iznad oznake tera-elektronvolta.
Kada instrumenti na Zemlji mere naelektrisane kosmičke čestice tako visokih energija, to znači da nisu mogle daleko putovati. Ovo ukazuje na postojanje moćnih prirodnih akceleratora čestica u blizini našeg Sunčevog sistema.
U novoj analizi, naučnici iz H.E.S.S. saradnja je po prvi put suzila odakle dolaze ove kosmičke čestice. Polazna tačka analize je merenje spektra kosmičkih zraka, odnosno raspodele energije merenih elektrona i pozitrona. Analiza je zasnovana na 10 godina posmatranja, što garantuje visok kvalitet podataka. Integrisani elektronski spektar se proteže do nekoliko desetina tera-elektronvolti.
„Naše merenje ne samo da pruža podatke u ključnom i ranije neistraženom energetskom opsegu, što utiče na naše razumevanje lokalnog susedstva, već će verovatno i ostati merilo za naredne godine“, kaže Verner Hofman sa Instituta Maks Plank za nuklearnu energiju. fizike u Hajdelbergu.
U spektru, koji karakterišu relativno male trake greške pri TeV energijama, upadljiv je upadljiv pregib na oko jedan tera-elektronvolt. I iznad i ispod ovog prekida, spektar prati zakon snage bez ikakvih daljih anomalija.
Da bi saznali koji je astrofizički proces ubrzao elektrone do tako visokih energija i šta je poreklo preloma, istraživači su uporedili ove podatke sa predviđanjima modela. Kandidati za izvor su pulsari, koji su ostaci zvezda sa jakim magnetnim poljima. Neki pulsari duvaju vetar naelektrisanih čestica u svoju okolinu, a front magnetnog udara ovog vetra može biti mesto gde čestice doživljavaju pojačanje.
Otkrijte najnovije u nauci, tehnologiji i prostoru sa preko 100.000 pretplatnika koji se oslanjaju na Phis.org za dnevne uvide.
Prijavite se za naš besplatni bilten i dobijajte novosti o otkrićima,
inovacije i istraživanja koja su važna – dnevno ili nedeljno.
Isto važi i za udarne frontove ostataka supernove. Kompjuterski modeli pokazuju da na ovaj način ubrzani elektroni putuju u svemir sa određenom distribucijom energije. Ovi modeli prate elektrone i pozitrone dok se kreću kroz Mlečni put i izračunavaju kako se njihova energija menja dok stupaju u interakciju sa magnetnim poljima i svetlošću u Mlečnom putu.
U tom procesu, čestice gube toliko energije da je njihov izvorni energetski spektar izobličen. U poslednjem koraku, astrofizičari pokušavaju da svoj model uklope u podatke kako bi saznali više o prirodi astrofizičkih izvora.
Ali koji objekat je bacio elektrone u svemir koji su izmerili teleskopi? Spektar čestica sa energijama ispod jednog tera-elektronvolta verovatno se sastoji od elektrona i pozitrona iz različitih pulsara ili ostataka supernove.
Pri višim energijama, međutim, pojavljuje se drugačija slika: energetski spektar naglo opada sa oko jednog teraelektronvolta. To potvrđuju i modeli koji proučavaju čestice ubrzane astronomskim izvorima i njihovu difuziju kroz galaktičko magnetno polje . Ovaj prelaz na jednom tera-elektronvoltu je posebno izražen i izuzetno oštar.
„Ovo je važan rezultat, jer možemo zaključiti da izmereni elektroni najverovatnije potiču iz veoma malog broja izvora u blizini našeg sopstvenog Sunčevog sistema, udaljenog najviše nekoliko hiljada svetlosnih godina“, kaže Ketrin Egberts sa Univerziteta. od Potsdama. Ova udaljenost je relativno mala u poređenju sa veličinom Mlečnog puta.
„Izvori na različitim udaljenostima bi značajno isprali ovaj pregib“, nastavlja Egberts.
Prema Hofmanu, čak i jedan pulsar može biti odgovoran za spektar elektrona pri visokim energijama. Međutim, nije jasno koji je to. Pošto izvor mora biti veoma blizu, samo nekoliko pulsara dolazi u pitanje.
