A távoli csillagoktól származó gamma-sugárzás, amint az a művész szemléltetésén látható, az egyik lehetséges forrása az ultrahatalmas "OMG-részecskéknek", amelyek időnként a tudósok detektorjait érik a Földön.
(Kép: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter az Ohio Állami Egyetemen asztrofizikus és a COSI tudományos központ vezető tudósa. Sutter a "Ask a Spaceman" és a "Space Radio" házigazdája, és az AstroTours-ot vezet világszerte. Sutter hozzátette ezt a cikket az Space.com szakértői hangjaihoz: Op-Ed & Insights.
Most, amikor elolvassa ezt a szöveget, a DNS-ét apró, láthatatlan golyók vágják fel. A kármegosztókat kozmikus sugaraknak nevezik, még akkor is, ha egyáltalán nem sugárzás, de a név egy történelmi félreértésből fakad. Ehelyett részecskék: elektronok és protonok, többnyire, de időnként nehezebb dolgok, mint például a hélium vagy akár a vasmagok.
Ezek a kozmikus részecskék bajban vannak, mert a) gyorsak, ezért sok kinetikus energiájuk van ahhoz, hogy körülvegyék őket, és b) elektromosan töltöttek. Ez azt jelenti, hogy ionizálhatják a szegény DNS-nukleotidjainkat, elválaszthatják őket, és esetenként ellenőrizetlen replikációs hibákhoz vezethetnek (más néven rák). [A szupersztár Eta Carinae úgy viselkedik, mint egy óriási kozmikus sugarak, de miért?]
Mintha ez nem lenne elég rossz, időnként, nagyjából évente négyzetkilométerenként, egy részecske valóban szörnyű sebességgel üvölt a felső légkörbe, kopog egy szerencsétlen nitrogén- vagy oxigénmolekulához, és lépcsőzetesen zuhanyoz alacsonyabb energiájú (de természetesen halálos) másodlagos részecskék.
Csak egy megfelelő válasz van, ha szembesülünk egy ilyen hamis potenciállal rendelkező részecskével: "OMG".
Fastballs
Az "OMG" volt a beceneve az első példának, amelyet ma ultra-nagy energiájú kozmikus sugaraknak ismertek, és amelyet az Utah-i Egyetem Fly's Eye kozmikus sugárdetektorja fedezett fel 1991-ben. Ez az egyetlen proton becsapódott a légkörbe, és körülbelül 99.99999999999999999999951 százalékos fénysebességet hajtott végre. És nem, ezek a kilenc nemcsak drámai hatásúak, hogy a szám lenyűgözőnek tűnjön - valóban olyan gyors volt. Ennek a részecskének ugyanolyan mennyiségű kinetikus energiája volt, mint egy tisztességesen dobott baseballnak ... amelyet egy proton méretű tárgyra préseltek.
Ez azt jelenti, hogy ennek a részecskéknek több mint tízmillióval több energiája volt, mint amit a legerősebb részecske-ütközőnk, az LHC képes előállítani. A relativista időtágulás miatt az OMG-részecske ezen a sebességgel a részecske saját idejének 0,43 milliszekundumában eljuthat a legközelebbi szomszéd csillagunkhoz, a Proxima Centauri-ba. Addig is folytatódhat a galaktikus magunkba, amikor elkészült a mondat elolvasása (saját szempontjából).
OMG, valóban.
A részecskék észlelése óta az egész világon továbbra is figyeljük az eme szélsőséges események égboltját speciális távcsövek és detektorok segítségével. Mindent összevetve, az elmúlt évtizedekben körülbelül száz OMG-osztályú részecskét vettünk fel.
Ez a néhány tucat példa magyarázza és mélyíti eredete rejtélyeit. A több adat mindig jó, de mi a fene az univerzumunkban elég erős ahhoz, hogy egy protonnak elég jó repedést adjon, amely szinte - majdnem - kihívást jelenthet a fényre egy versenyen?
Knuckleballs
A töltött részecske őrült sebességre történő felgyorsításához két kulcsfontosságú összetevőre van szüksége: sok energiára és egy mágneses mezőre. A mágneses mező elvégzi a részecskébe történő bármilyen energiát, amely az Ön eseményében van (mondjuk, a szupernóva robbanásának robbanásveszélyes energiája vagy a kavargó gravitációs húzás, amikor az anyag egy fekete lyuk felé esik). A részletes fizika természetesen hihetetlenül bonyolult és nem túl jól érthető. A kozmikus sugarak születési helyei félelmetesen bonyolultak és a világegyetem szélsőséges területein helyezkednek el, így a teljes fizikai kép nehezen fog elkészülni.
De még mindig tudunk kitalálni, hogy honnan szélsőséges példák származnak, mint például a barátunk, az OMG részecske. Első feltételezésünk a szupernóvák lehet, a hatalmas csillagok titán halála. Mágneses mezők? Jelölje be. Sok energiát? Jelölje be. De nem elég energiát a trükk elvégzéséhez. A kerti fajtájú csillagrobbanásodnak nincs elegendő nyers oomphja a részecskék kipattanására az általunk figyelembe vett sebességgel.
Mi a következő lépés? Az aktív galaktikus atommagok erős versenyzők. Ezeket a magokat úgy hozzák létre, hogy az anyag végzete felé kavarodik egy szupermasszív fekete lyuk körül a galaxis közepén; az anyag összenyomódik és felmelegszik, és a végső pillanatokban akkreditáló korongot képez. Ez a csavaró inferno intenzív mágneses teret generál a dinamikus tevékenységekből, és így alapanyagok erőteljes keverékét képezi, amely ahhoz szükséges, hogy komoly lóerőt adjon a kidobott részecskékhez.
Kivéve (és tudta, hogy lesz egy "kivétel"), az aktív galaktikus magok túl messze vannak ahhoz, hogy kozmikus sugarakat érjenek el, amelyek elérik a Földet. Egy rendkívül nagy energiájú kozmikus sugár nevetséges sebességével a kozmoszon keresztüli hajózás inkább olyan, mint egy hóvihar megpróbálása. Ennek oka az, hogy ilyen sebességgel a kozmikus mikrohullámú háttér - a nagyon korai világegyetemből megmaradt alacsony energiatartalmú fotonok áradása - erősen kék fénynek tűnik a magasabb energiák felé. Tehát, ez a nagy intenzitású fény az utazó kozmikus sugarat szimatolja és megcseréli, lelassítva és végül megállítva.
Tehát nem számíthatunk arra, hogy a legerősebb kozmikus sugarak akár száz millió fényévnél is távolabb mennek - és az aktív galaktikus atommagok többsége tőlünk sokkal messzebb van.
Curveballs
Jó ideje az OMG-generáció elsődleges gyanúja a Centaurus A volt, egy viszonylag közel lévő aktív galaktikus atommag, amely 10 és 16 millió fényév távolságra helyezkedik el. Erőteljes, mágneses és szoros - tökéletes kombináció. De bár egyes felmérések arra utaltak, hogy a kozmikus sugarak az általános irányból származhatnak, soha nem volt egyértelmű összefüggés ahhoz, hogy a galaxist gyanúsítotttól elítéljék. [A furcsa galaxis-centaurusz mély pillantása A]
A probléma része az, hogy a Tejút saját mágneses tere finoman megváltoztatja a beérkező kozmikus sugarak pályáját, elfedve eredeti irányukat. Tehát a kozmikus sugár forrásának rekonstruálásához szüksége van modellekre a galaxisunk mágneses mezőjének erősségére és irányára is - valami amiben nincs pontosan teljes fogantyúnk.
Ha az OMG generátor önmagában nem Centaurus A, akkor talán a Seyfert galaxisok, általában egy közelebbi, általában gyengébb (de mégis őrülten fényes és erős) aktív galaktikus atomok bizonyos galaktikus alosztálya. De ismét, mivel még száz mintát sem lehet felvenni, nehéz szigorú statisztikai meghatározást végezni.
Lehet, hogy ez egy gamma-sugárzás, amely úgy gondolja, hogy a sajátos kataklizma végétől a legszélsőségesebb csillagokig terjed. A helyzet fizikájának megértése azonban (el tudja hinni?) Vázlatos.
Talán ez valami egzotikusabb, mint például a Big Bang legkorábbi pillanataiból származó topológiai hibák vagy a sötét anyagon belüli funky interakciók. Lehet, hogy tévedünk a fizikán, és a távolságkorlát-számítások nem pontosak. Lehet, talán, talán…
Ezen rendkívül nagy energiájú "OMG" részecskék valódi eredetét nehéz meghatározni, és a közel 30 éves észlelési történelem ellenére nincs sok határozott válaszunk. Ami rendben van - jó, ha legalább néhány rejtély maradt az univerzumban. Az asztrofizikusok is használhatnak bizonyos munkahelyi biztonságot.
Tudjon meg többet, ha meghallgatja a „Ask A Spaceman” podcast epizódját, amely elérhető az iTunesban és az interneten a http://www.askaspaceman.com oldalon. Köszönet hchrissscottt-nak a kérdéshez, amely vezetett a darabhoz! Tegye fel saját kérdését a Twitteren a #AskASpaceman segítségével, vagy Paul @PaulMattSutter és facebook.com/PaulMattSutter követésével. Kövessen minket @Spacedotcom, a Facebook és a Google+. Eredeti cikk a Space.com oldalon.
