Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον Universidade του Oxford, πραγματοποίησε ένα πρωτοποριακό πείραμα στο Cern, στο Suíça, αναδημιουργώντας βολίδες πλάσματος στο εργαστήριο. Οι ερευνητές προσομοίωσαν συνθήκες παρόμοιες με εκείνες των σχετικιστικών πίδακες που εκπέμπονται από blazars, μακρινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι οι αστάθειες στο πλάσμα είναι πολύ αδύναμες για να διασκορπίσουν την αναμενόμενη ενέργεια. Η ανακάλυψη Essa ενισχύει την υπόθεση ότι τα διαγαλαξιακά μαγνητικά πεδία εκτρέπουν τα σωματίδια, εξηγώντας γιατί ορισμένες ακτίνες γάμμα δεν φτάνουν στο Terra.
Το πείραμα χρησιμοποίησε το Super Proton Synchrotron του Cern για να δημιουργήσει δέσμες ζευγών ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων. Οι δέσμες Esses διέσχισαν μια περιοχή πλάσματος, παραμένοντας σταθερές σε σχετικές αποστάσεις.
Το πλαίσιο του αστρονομικού προβλήματος
Τα Blazar εκπέμπουν ακτίνες γάμμα υψηλής ενέργειας, στην περιοχή τεραηλεκτρονβολτ. Οι ακτίνες Esses αλληλεπιδρούν με το κοσμικό μικροκυματικό υπόβαθρο, παράγοντας καταρράκτες σωματιδίων που παράγουν ακτίνες γάμμα χαμηλότερης ενέργειας, στην περιοχή των γιγαηλεκτρονβολτ.
Παρατηρητήρια όπως ο δορυφόρος Fermi ανιχνεύουν ακτίνες υψηλής ενέργειας, αλλά δεν βρίσκουν το αναμενόμενο σήμα στο χαμηλότερο εύρος. Η απουσία Essa αντιπροσωπεύει ένα μακροχρόνιο αίνιγμα στην αστροφυσική, γνωστό ως πρόβλημα του χαμένου φωτός.
Δύο βασικές υποθέσεις συναγωνίστηκαν για να εξηγήσουν το φαινόμενο. Ο ένας πρότεινε ότι οι αστάθειες στο πλάσμα των πίδακα διασκορπίζουν την ενέργεια των καταρρακτών. Το άλλο έδειξε την απόκλιση που προκαλείται από τα μαγνητικά πεδία που υπάρχουν στον διαγαλαξιακό χώρο.
Λεπτομέρειες του πειράματος που πραγματοποιήθηκε
Οι επιστήμονες έγχυσαν δέσμες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων σε έναν θάλαμο πλάσματος μήκους ενός μέτρου που βρίσκεται στην εγκατάσταση HiRadMat του Cern. Οι δέσμες παρέμειναν στενές και παράλληλες, χωρίς να δημιουργήσουν σημαντικά δικά τους μαγνητικά πεδία.
Συμπληρωματικές υπολογιστικές προσομοιώσεις, που πραγματοποιήθηκαν με τον κώδικα OSIRIS, επιβεβαίωσαν την παρατηρούμενη συμπεριφορά. Τα ποζιτρόνια συγκεντρώθηκαν σε νήματα, ενώ τα ηλεκτρόνια διασκορπίστηκαν με ελεγχόμενο τρόπο.
- Διατήρηση της σταθερότητας της δέσμης σε αποστάσεις ισοδύναμες με τις κοσμολογικές κλίμακες.
- Απουσία ισχυρών αστάθειας ικανές να αποδυναμώσουν τους πίδακες.
- Επιβεβαίωση ότι το πλάσμα δεν απορροφά αρκετή ενέργεια για να εξηγήσει το φως που λείπει.
Αυτά τα ευρήματα απορρίπτουν την ιδέα της διάχυσης λόγω αστάθειας ως κύρια αιτία.
Επιπτώσεις για διαγαλαξιακά μαγνητικά πεδία
Η σταθερότητα που παρατηρείται στο εργαστήριο δείχνει αδύναμα αλλά εκτεταμένα μαγνητικά πεδία στο διάστημα μεταξύ των γαλαξιών. Τα πεδία Esses θα εκτρέψουν τα ζεύγη ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων και τις προκύπτουσες ακτίνες γάμμα, εμποδίζοντάς τα να φτάσουν σε ανιχνευτές με βάση τη Γη.
Η προέλευση αυτών των πεδίων αντιπροσωπεύει μια πρόσθετη θεωρητική πρόκληση. Το πρώιμο σύμπαν ήταν εξαιρετικά ομοιόμορφο, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη δημιουργία μαγνητισμού σε τόσο τεράστιες κλίμακες.
Η μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να διερευνήσει πληθωριστικούς μηχανισμούς ή μεταβατικές φάσεις στον πρώιμο κόσμο. Οι διεργασίες Tais θα μπορούσαν να ενισχύσουν τις αρχικές κβαντικές διακυμάνσεις, δημιουργώντας τα έμμεσα παρατηρούμενα πεδία.
Εμπλεκόμενη ομάδα και συνεργασίες
Το έργο διευθύνθηκε από τον καθηγητή Gianluca Gregori, από τον Universidade και τον Oxford. Ο Ele συντόνισε τις προσπάθειες ιδρυμάτων όπως το Central Laser Facility του Reino Unido και το ίδιο το Cern.
Οι συνεισφέροντες περιλάμβαναν ειδικούς από Universidade από Strathclyde, Universidade από Rochester και Lawrence Livermore National Laboratory. Συμμετείχαν επίσης ενεργά ο Pesquisadores από τον Max Planck Institute για τον Nuclear Physics και ο Instituto Superior Técnico από τον Lisboa.
- Καθηγητής Bob Bingham, ειδικός στα λέιζερ και το πλάσμα.
- Ο καθηγητής Subir Sarkar, επικεντρώθηκε στην αστροφυσική των σωματιδίων.
- Cern τεχνικές ομάδες υπεύθυνες για τη λειτουργία του επιταχυντή.
Η θεσμική ποικιλομορφία εγγυάται συμπληρωματικές προσεγγίσεις μεταξύ πειραματισμού, προσομοίωσης και θεωρίας.
Τεχνολογικές εξελίξεις στο Cern
Το Super Proton Synchrotron, που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα, επιταχύνει τα σωματίδια σε σχετικιστικές ενέργειες πριν τα εγχύσει σε εγκαταστάσεις όπως το Large Hadron Collider. Η εγκατάσταση HiRadMat επιτρέπει τη δοκιμή υλικών κάτω από ακραίες συνθήκες.
Οι προηγμένες διαγνωστικές τεχνικές παρακολουθούσαν τη συμπεριφορά των δοκών σε πραγματικό χρόνο. Το Sensores κατέγραψε ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές και τροχιές σωματιδίων με ακρίβεια χιλιοστού.
Αυτές οι δυνατότητες ανοίγουν πόρτες για νέες μελέτες στην αστροφυσική φυσική του πλάσματος. Experimentos παρόμοια σενάρια θα μπορούσαν να δοκιμάσουν σενάρια που αφορούν μαύρες τρύπες ή εκρήξεις σουπερνόβα.
Προοπτικές για μελλοντικές παρατηρήσεις
Τα τηλεσκόπια νέας γενιάς, όπως το Cherenkov Telescope Array, υπόσχονται μεγαλύτερη ευαισθησία στις ακτίνες γάμμα. Το Eles θα μπορεί να αναζητήσει έμμεσα σημάδια αποκλίσεων που προκαλούνται από μαγνητικά πεδία.
Σχεδιάζονται επίσης δορυφόροι αφιερωμένοι στη χαρτογράφηση του διαγαλαξιακού μαγνητισμού. Το Projetos σε συνδυασμό με δεδομένα από το Cern θα βοηθήσει στη βελτίωση των κοσμολογικών μοντέλων.
Η ενσωμάτωση εργαστηριακών αποτελεσμάτων με διαστημικές παρατηρήσεις επιταχύνει την πρόοδο. Pesquisas Οι διεπιστημονικές προσεγγίσεις παραμένουν απαραίτητες για την επίλυση γρίφων του παρατηρήσιμου σύμπαντος.
Κύρια αποτελέσματα και ερμηνείες
Το πείραμα έδειξε ότι οι βολίδες πλάσματος που αναδημιουργήθηκαν στο εργαστήριο παραμένουν σταθερές υπό προσομοιωμένες συνθήκες. Η σταθερότητα Essa αποκλείει την τοπική διάχυση ως την κυρίαρχη εξήγηση για την απουσία ακτίνων γάμμα χαμηλής ενέργειας.
Τα αρχέγονα μαγνητικά πεδία εμφανίζονται ως οι πιο πιθανοί υποψήφιοι. Η παρουσία Sua προτείνει πιθανές επεκτάσεις στο Modelo Padrão της σωματιδιακής φυσικής.
Η επιστημονική κοινότητα δέχεται τα δεδομένα με συγκρατημένη αισιοδοξία. Το ανεξάρτητο Validações σε άλλους επιταχυντές θα ενισχύσει τα τρέχοντα συμπεράσματα.