Naukowcy wykryli elektrony promieniowania kosmicznego o rekordowo wysokiej energii. Ich źródło może być blisko Ziemi
Po raz pierwszy zarejestrowano wyjątkowo silnie promieniowanie kosmiczne. Dzięki sieci teleskopów działającej w Namibii naukowcy wykryli elektrony o rekordowo wysokiej energii. Nie wiadomo, skąd pochodzą. Jednak ich źródło musi znajdować się w pobliżu Układu Słonecznego.
Spis treści:
- Sto lat badań promieniowania kosmicznego
- Czego się dowiedzieliśmy o promieniowaniu kosmicznym
- Kosmiczne akceleratory na galaktycznym podwórku
Promieniowanie kosmiczne to m.in. naładowane cząstki, które przemieszczają się przez cały Wszechświat. Mogą je emitować Słońce, czarne dziury, pulsary, eksplodujące gwiazdy czy pozostałości po supernowych. Cząstki te poruszają się z prędkością zbliżoną do prędkości światła i mają gigantyczne energie. Dopóki nie ruszamy się z Ziemi, dopóty nie grożą nam negatywne konsekwencje spotkania z nimi. Większość promieniowania kosmicznego zatrzymuje ziemska atmosfera oraz magnetosfera.
To sprawia również, że badania promieniowania kosmicznego – a szczególnie jego składowych o najwyższych energiach – bywa bardzo trudne. Naukowcy właśnie pochwalili się sukcesem, na który pracowali dziesięć lat. Tyle zajęło benedyktyńskie zbieranie, a następnie skrupulatna analiza danych zgromadzonych przez obserwatorium H.E.S.S. (od ang. High Energy Stereoscopic System) pracujące w Namibii.
W najnowszym numerze czasopisma „Physical Review Letters” ukazał się artykuł, w którym międzynarodowy zespół naukowców z konsorcjum H.E.S.S. ogłasza wykrycie elektronów promieniowania kosmicznego o rekordowo wysokiej energii. Nie wiadomo, co jest ich źródłem. Wiadomo jednak, że musi ono znajdować się stosunkowo blisko Ziemi.
Sto lat badań promieniowania kosmicznego
W 1936 roku Nagrodę Nobla z fizyki otrzymał Austriak Victor Hess (zbieżność nazwiska z nazwą obserwatorium nieprzypadkowa). Uhonorowano go za eksperymenty, które przeprowadził na początku XX wieku. W 1912 roku Hess wzniósł się balonem na wysokość 5300 m. Zmierzył poziom zjonizowania atmosfery i ustalił, że jest on niemal trzy razy wyższy niż na przy powierzchni ziemi. By wykluczyć, że za zjonizowanie atmosfery – czyli, w uproszczeniu, „odarcie” składających się na nią atomów i cząstek z elektronów – odpowiada Słońce, powtórzył pomiary w czasie prawie całkowitego zaćmienia.
Otrzymał podobny wynik. To wskazywało, że ziemska atmosfera musi być stale bombardowana przez strumień cząstek docierających z każdego kierunku kosmosu. W ten sposób Hess udowodnił istnienie promieniowania kosmicznego (warto dodać, że sam zwrot wymyślił inny noblista, Robert Millikan, w 1925 roku).
Czego się dowiedzieliśmy o promieniowaniu kosmicznym
Nowe odkrycie to kolejna cegiełka w naszej wiedzy o promieniowaniu kosmicznym. Dzięki pięciu dwunastometrowym teleskopom składającym się na H.E.S.S. naukowcy wykryli wysokoenergetyczne elektrony i pozytony (czyli cząstki antymaterii). Jedne i drugie stanowią składniki promieniowania kosmicznego. Ich maksymalna oszacowana energia sięgnęła 40 teraelektronowoltów (TeV). Uzyskanie takiego wyniku to spore osiągnięcie – 40 TeV to wartość 400 razy wyższa niż możliwości wykrywania energii przez akceleratory naziemne.
Ile to jest 40 TeV? Energia światła widzialnego mieści się między 1,6 a 3,3 eV. To oznacza że 1 TeV to ok. tysiąc miliardów razy więcej (1012) niż energia światła widzialnego. Co może być źródłem takich wysokoenergetycznych cząstek?
Kosmiczne akceleratory na galaktycznym podwórku
Na to pytanie nie ma pewnej odpowiedzi. Naukowcy są jednak przekonani co do jednego – to źródło musi znajdować się stosunkowo niedaleko. Dlaczego? Ponieważ wysokoenergetyczna cząstki, podróżując przez kosmos, dość szybko tracą energię. Jeśli dotarły do nas elektrony i pozytony o energii sięgającej 40 TeV, ich droga do teleskopów H.E.S.S. nie mogła być specjalnie długa.
– W promieniu kilkuset lat świetlnych znajduje się wiele gwiazd, z których najbliższe znajdują się dwa lata świetlne od Ziemi – mówi Mathieu de Naurois, badacz w Narodowym Centrum Badań Naukowych we Francji i zastępca dyrektora konsorcjum H.E.S.S. – Spodziewalibyśmy się również kilku „martwych gwiazd” w tym regionie, takich jak pulsary lub pozostałości supernowych, które mogłyby być źródłami tych elektronów.
Inna naukowczyni zaangażowana w badania – Kathrin Egberts – szacuje, że źródło wysokoenergetycznych cząstek powinno się znajdować w promieniu kilku tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Dla porównania średnica Drogi Mlecznej to ok. 100 000 lat świetlnych. Jak napisano w oświadczeniu prasowym, choć „nie da się ustalić miejsca pochodzenia tych naładowanych cząstek, ich wykrycie na Ziemi jest wyraźnym dowodem istnienia w jej pobliżu potężnych akceleratorów cząstek promieniowania kosmicznego”. Ciekawe, kiedy dowiemy się, co mogłoby nimi być.
Źródła: space.com, Physical Review Letters, CERN, EurekAlert
Nasza autorka
Magdalena Salik
Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com