Ένα μακροχρόνιο κοσμικό μυστήριο αρχίζει να δίνει νέα στοιχεία, καθώς οι ερευνητές αποκαλύπτουν ένα εντυπωσιακά συνεπές μοτίβο στη συμπεριφορά των σωματιδίων υψηλής ενέργειας που ταξιδεύουν στο σύμπαν.
Οι κοσμικές ακτίνες προβληματίζουν ακόμα
Περισσότερα από 100 χρόνια μετά την ανακάλυψή τους, οι κοσμικές ακτίνες συνεχίζουν να προβληματίζουν τους επιστήμονες. Αυτά τα εξαιρετικά ενεργητικά σωματίδια ταξιδεύουν στο σύμπαν από μακρινές και ισχυρές πηγές. Το διαστημικό τηλεσκόπιο DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) εργάζεται για να τα κατανοήσει καλύτερα, συμπεριλαμβανομένου του κατά πόσον η σκοτεινή ύλη παίζει ρόλο στον τρόπο που σχηματίζονται.
Αυτό το διεθνές έργο, στο οποίο συμμετέχει το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (UNIGE), έχει πλέον αποκαλύψει ένα σημαντικό νέο στοιχείο. Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει ένα κοινό χαρακτηριστικό μεταξύ αυτών των σωματιδίων και τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο Nature.
Το Μυστήριο των Κοσμικών Ακτίνων
Οι κοσμικές ακτίνες είναι τα σωματίδια υψηλότερης ενέργειας που έχουν εντοπιστεί ποτέ, ξεπερνώντας κατά πολύ οτιδήποτε παράγεται από ανθρωπογενείς επιταχυντές στη Γη. Η προέλευσή τους παραμένει αβέβαιη, αν και οι επιστήμονες υποψιάζονται ότι δημιουργούνται σε ακραία περιβάλλοντα όπως εκρήξεις σουπερνόβα, πίδακες από μαύρες τρύπες ή πάλσαρ.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο DAMPE, που εκτοξεύτηκε τον Δεκέμβριο του 2015, σχεδιάστηκε για να διερευνήσει αυτά τα ερωτήματα. Η αποστολή περιλαμβάνει σημαντικές συνεισφορές από την ομάδα αστροφυσικής στο Τμήμα Πυρηνικής και Σωματιδιακής Φυσικής (DPNC) του UNIGE. Αναλύοντας δεδομένα υψηλής ακρίβειας, οι ερευνητές ανακάλυψαν ένα συνεπές μοτίβο στην ενεργειακή κατανομή των πρωτογενών πυρήνων κοσμικών ακτίνων, από πρωτόνια έως σίδηρο.
«Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται κυρίως από πρωτόνια, αλλά και από πυρήνες ηλίου, άνθρακα, οξυγόνου και σιδήρου», εξηγεί ο Andrii Tykhonov, αναπληρωτής καθηγητής στο DPNC στη Σχολή Θετικών Επιστημών του UNIGE και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αυτά τα σωματίδια κατηγοριοποιούνται επίσης ανάλογα με την ενέργειά τους: χαμηλή, έως μερικά δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ· ενδιάμεση, από μερικά δισεκατομμύρια έως αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ· και υψηλή, από 1.000 δισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ και άνω».
Η ομάδα διαπίστωσε ότι ο αριθμός των σωματιδίων μειώνεται πιο απότομα μετά από ένα ορισμένο επίπεδο ενέργειας. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως «φασματική μαλάκυνση», αντανακλά μια πιο απότομη μείωση από τη σταδιακή μείωση που παρατηρείται κανονικά καθώς αυξάνεται η ενέργεια.
Επιπτώσεις στη Φυσική των Κοσμικών Ακτίνων
Αυτή η μετατόπιση συμβαίνει σε μια ακαμψία περίπου 15 TV (τεραηλεκτρονιοβολτ) (περίπου 15 τρισεκατομμύρια ηλεκτρονιοβολτ). Η ακαμψία περιγράφει πόσο επηρεάζεται η πορεία ενός σωματιδίου από τα μαγνητικά πεδία.
Η εύρεση του ίδιου μοτίβου σε αυτήν την ακαμψία σε διαφορετικούς τύπους πυρήνων υποστηρίζει μοντέλα όπου τόσο η επιτάχυνση όσο και η κίνηση των κοσμικών ακτίνων εξαρτώνται από την ακαμψία. Οι ανταγωνιστικές ιδέες που επικεντρώνονται στην ενέργεια ανά νουκλεόνιο (ενέργεια διαιρούμενη με τον αριθμό των νουκλεονίων στο σωματίδιο) αμφισβητούνται έντονα από τα δεδομένα, με επίπεδο εμπιστοσύνης 99,999%.
Οι ερευνητές στο UNIGE έπαιξαν βασικό ρόλο σε αυτό το έργο. Ανέπτυξαν προηγμένες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για την ανακατασκευή σωματιδιακών συμβάντων και συνέβαλαν σε ακριβείς μετρήσεις των ροών πρωτονίων και ηλίου, μαζί με ανάλυση άνθρακα. Η ομάδα ηγήθηκε επίσης της ανάπτυξης ενός σημαντικού οργάνου DAMPE, του Silicon-Tungsten Tracker (STK), το οποίο επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίζουν με ακρίβεια τις διαδρομές των σωματιδίων και να μετρούν το φορτίο τους.
Αυτά τα ευρήματα φέρνουν τους επιστήμονες πιο κοντά στην κατανόηση της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων και του τρόπου με τον οποίο ταξιδεύουν μέσα στον γαλαξία. Τα αποτελέσματα θέτουν νέα όρια στις θεωρίες σχετικά με την επιτάχυνση των σωματιδίων σε ακραία αστροφυσικά περιβάλλοντα και βελτιώνουν τα μοντέλα για το πώς αυτά τα σωματίδια κινούνται μέσα στον διαστρικό χώρο.
www.worldenergynews.gr
