Международни изследователи наскоро обявиха прецизното откриване на ултрависокоенергийни гама лъчи около пулсара Geminga. Наблюденията са извършени в най-високия енергиен диапазон, регистриран някога, достигащ около 100 трилиона пъти по-голям от този на видимата светлина. Esta Фундаменталното откритие обещава значително да подобри разбирането за произхода и природата на загадъчните космически лъчи.
Изследването се фокусира върху небесен обект, разположен на приблизително 800 светлинни години от Terra, в съзвездието Gêmeos. Geminga е признат за втория най-ярък източник на гама лъчи в цялото небе, което го прави идеална цел за задълбочени изследвания на високоенергийни явления във Вселената.
Резултатите предоставят нова гледна точка върху процесите на ускоряване на частиците в екстремни космически среди. Eles проправя пътя към разгадаването на трайни мистерии на астрофизиката, като състава на космическите лъчи и как те придобиват такава колосална енергия.
Загадката на космическите лъчи и търсенето на техните източници
Високоенергийните частици, известни като космически лъчи, непрекъснато преминават през космоса. Научната общност вярва, че нейните източници, близки до Terra, могат да бъдат категоризирани в два основни типа: произхождащи от Via Láctea и такива, които идват от по-далечни галактики. Но истинската природа и механизмите на създаване на тези лъчи все още крият много тайни за изследователите.
Основната трудност при проследяването на произхода на космическите лъчи се крие във взаимодействието им с магнитните полета, присъстващи в космоса. Тъй като те са заредени частици, траекториите им са извити, което предотвратява директното идентифициране на началната им точка. Essa отклонението прави изследването на гама лъчите алтернативен и по-ефективен метод.
Гама лъчите като пратеници на Вселената
Гама лъчите са от съществено значение в тази област на изследване, тъй като, за разлика от заредените частици, те пътуват по права линия, без да се влияят от магнитни полета. Quando високоенергийни електрони се движат бързо в силно магнитно поле, те излъчват синхротронно лъчение. Além Освен това, сблъсъкът на енергийни електрони със заобикалящите фотони може да доведе до “обратно разсейване на Compton”, феномен, при който фотоните получават енергия и се трансформират във високоенергийни гама лъчи или рентгенови лъчи.
Следователно изучаването на тези косвено генерирани гама лъчи е решаваща стратегия. Eles служи като вид “пръстов отпечатък”, който може да разкрие важна информация за произхода на космическите лъчи, средата, в която са създадени и най-вече как тези частици се ускоряват до такива екстремни нива.
Експериментът Tibet ASγ и неговите възможности
За да напреднат в изясняването на истинската природа на космическите и гама лъчите, изследователи от няколко нации, включително Japão и China, обединиха сили в международния проект, известен като Experimento ASγ на Tibete. Мащабното научно предприятие Este използва уникална инфраструктура за наблюдение, разположена на внушителната надморска височина от 4300 метра в Região Autônoma от Tibete, в China.
Устройството за наблюдение има функцията да улавя частици от “атмосферния дъжд”, които са големи количества вторични частици, произведени, когато космическите лъчи и високоенергийните гама лъчи проникнат в земната атмосфера. Анализирайки енергията и посоката на тези дъждове, учените могат да направят извод за характеристиките на оригиналните космически и гама лъчи. Съоръжението включва воден мюонен детектор Cherenkov, разположен под земята, който подобрява точността на измерванията и способността за разграничаване на различните видове частици.
Geminga: небесна цел с ореол на гама лъчи
За период от приблизително две години, започвайки през 2014 г., изследователската група фокусира своите наблюдения върху гама-лъчевия обект Geminga. Situado На около 800 светлинни години от нас, към съзвездието Gêmeos, Geminga е сравнително стар пулсар, оценен на 300 000 години. Pulsar е бързо въртяща се неутронна звезда, излъчваща лъчи радиация.
Около този пулсар изхвърлената плазма, известна като пулсарен вятър, взаимодейства бурно с остатъците от свръхнова. Сблъсъкът Essa работи като естествен ускорител, задвижвайки електрони и позитрони до много високи енергии. Структурите Essas се наричат „мъглявини на пулсарния вятър“, а около Geminga е възможно да се наблюдава „гама-лъчево хало“, огромна пръстеновидна област, излъчваща интензивни гама-лъчи.
Откриване на запис на енергия и последиците от него
Тази фаза на наблюдение доведе до точното улавяне на гама-лъчевия ореол на Geminga в безпрецедентен енергиен диапазон. Данните потвърдиха наличието на гама лъчи, надвишаващи 100 трилиона електронволта (100 TeV, еквивалентни на 0,1 PeV), което представлява най-високото измерване, правено някога за този тип явление.
Задълбоченият анализ на данните от наблюденията разкри важна подробност: интензитетът на гама лъчите в халото на Geminga намалява драматично в енергийния регион над приблизително 100 TeV. Откритието на Este представлява първото пряко доказателство, че критичната енергия за ускоряване на електрони в пулсарната вятърна мъглявина Geminga е точно около 100 TeV. Информацията за Essa е жизненоважна за моделиране на физическите процеси, които се случват в тези космически източници.
Вариации в ускорението на небесните частици
Сравняването на резултатите, получени в Geminga с други забележителни астрономически източници, дава ценни прозрения. Nebulosa от Caranguejo, например, е остатък от свръхнова, широко признат като един от най-мощните ускорители на частици във Вселената. Nela, наличието на електрони от клас петаелектронволт (1000 TeV) вече е предложено от предишни наблюдения.
Тези разлики между Geminga и Nebulosa на Caranguejo подчертават, че способността за ускоряване на частици може да варира значително. Fatores как възрастта на астрономическия обект и околната физическа среда играят определяща роля. Откриването на енергията на критичното ускорение в Geminga ще окаже значително влияние върху разбирането ни за еволюцията на тези обекти и механизмите на електронно ускорение в мъглявините на пулсарния вятър.
Потисната дифузия и мистерията на позитроните
В допълнение към откриването на ултрависокоенергийни гама лъчи, изследването също така позволи определянето на “коефициента на дифузия” в близост до Geminga. Коефициентът Este е индикатор за това колко бързо се разпръскват частиците на космическите лъчи в даден регион. Compreender интензитетът на дифузия е фундаментален за разбирането как космическите лъчи се разпръскват от турбулентността на магнитното поле, преди да достигнат Terra.
Изследването изследва хало разсейването на гама лъчи в енергиен диапазон от приблизително 16 до 250 TeV. Учените установиха, че коефициентът на дифузия в Geminga е само около една стотна от коефициента, наблюдаван в галактическото пространство като цяло. Данните Este предполагат силно потискане на дифузията на частици. С други думи, електроните на космическите лъчи, произведени в Geminga, проявяват специфично свойство: по-малко вероятно е да избягат в околното пространство.
These newly discovered features could provide important constraints and help solve a long-standing astrophysical mystery: the positron glut. Феноменът Este се отнася до наблюдението, че космическите лъчи съдържат повече високоенергийни позитрони, отколкото се предвижда от настоящите теории. Следователно задържането на електрони в Geminga може да бъде ключов фактор за обяснение на произхода на тези допълнителни позитрони.