Ένα διαστημικό τηλεσκόπιο ανίχνευσε ένα παγκόσμιο μοτίβο σε κοσμικά σωματίδια που οι ερευνητές προσπάθησαν να εντοπίσουν από το 1912. Ο δορυφόρος DAMPE έχει βρει το ίδιο χαρακτηριστικό σε αρκετούς πυρήνες κοσμικών ακτίνων, από πρωτόνια φωτός έως πυρήνες σιδήρου. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature, μπορεί τελικά να αποκαλύψει πώς αυτά τα σωματίδια επιταχύνονται και μεταφέρονται στο σύμπαν μετά από δεκαετίες επιστημονικής συζήτησης.
Η έρευνα επισημαίνει μια κοινή φυσική αρχή που διέπει τη συμπεριφορά όλων αυτών των σωματιδίων, ανεξάρτητα από τη μάζα ή τη σύστασή τους. Οι επιστήμονες πέτυχαν ένα επίπεδο εμπιστοσύνης 99,999% κατά την επικύρωση αυτής της θεωρίας έναντι εναλλακτικών μοντέλων, δημιουργώντας ένα σημαντικό ορόσημο για τη σύγχρονη αστροφυσική.
Το σχέδιο που εμφανίζεται σε όλα τα σωματίδια
Τα δεδομένα DAMPE αποκάλυψαν ένα φαινόμενο που ονομάζεται φασματική μαλάκυνση σε διάφορους τύπους κοσμικών ακτίνων. Ο αριθμός των ανιχνευόμενων σωματιδίων πέφτει ξαφνικά μετά από ένα ορισμένο όριο ακαμψίας, συγκεκριμένα γύρω στα 15 τεραηλεκτρονβολτ. Η σημαντική μείωση του Essa εμφανίζεται σταθερά σε πρωτόνια, ήλιο, άνθρακα, οξυγόνο και σίδηρο.
Ο Andrii Tykhonov, αναπληρωτής καθηγητής Departamento του Física Nuclear και Partículas του Universidade του Genebra και συν-συγγραφέας της μελέτης, εξήγησε τη σύνθεση αυτών των σωματιδίων και τα ενεργειακά τους επίπεδα:
- Prótons: πρωτογενή σωματίδια κοσμικής ακτίνας
- Núcleos ηλίου, άνθρακα, οξυγόνου και σιδήρου: δευτερεύοντα συστατικά
- Energia χαμηλό: έως μερικά δισεκατομμύρια ηλεκτρον βολτ
- Energia ενδιάμεσο: από μερικά δισεκατομμύρια έως αρκετές εκατοντάδες δισεκατομμύρια ηλεκτρον βολτ
- Energia υψηλό: πάνω από 1.000 δισεκατομμύρια ηλεκτρον βολτ
Η ακαμψία, μετρούμενη σε τεραηλεκτρονβολτ, περιγράφει πόσο ισχυρά αντιστέκεται ένα φορτισμένο σωματίδιο στην κάμψη από μαγνητικά πεδία καθώς ταξιδεύει στο διάστημα. Η ιδιότητα Essa αποδείχθηκε πιο θεμελιώδης από την ενέργεια ανά νουκλεόνιο, μια ιδέα που καθοδηγούσε τις περισσότερες προηγούμενες έρευνες.
Μια αιωνόβια αναζήτηση τελείωσε
Οι κοσμικές ακτίνες είναι φορτισμένα σωματίδια που ταξιδεύουν μέσω του γαλαξία με εξαιρετικά υψηλές ενέργειες. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι προέρχονται από βίαια αστροφυσικά φαινόμενα, όπως εκρήξεις σουπερνόβα, πάλσαρ και πίδακες που εκπέμπονται από μαύρες τρύπες. Durante Πάνω από εκατό χρόνια, οι ερευνητές έχουν συζητήσει τους ακριβείς μηχανισμούς επιτάχυνσης και μεταφοράς αυτών των σωματιδίων.
Το τηλεσκόπιο DAMPE, του οποίου το ακρωνύμιο σημαίνει Explorador του Partículas του Matéria Escura, εκτοξεύτηκε τον Δεκέμβριο του 2015 με αρχικό στόχο την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης. Τα δεδομένα που συλλέχθηκαν έκτοτε παρείχαν έναν άνευ προηγουμένου όγκο πληροφοριών σχετικά με τις κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας. Η τροχιακή αποστολή του δορυφόρου επέτρεψε συνεχείς παρατηρήσεις που αποκάλυψαν μοτίβα αδύνατο να ανιχνευθούν με επίγεια όργανα.
Η ακαμψία Como εξηγεί την καθολική συμπεριφορά
Οι παρατηρήσεις DAMPE υποστηρίζουν σθεναρά ότι οι κοσμικές ακτίνες διαμορφώνονται από την ακαμψία και όχι την ενέργεια διαιρούμενη με τον αριθμό των νουκλεονίων. Τα παλιά μοντέλα που βασίζονται σε αυτήν την τελευταία μέτρηση δεν ταιριάζουν καλά με τα δεδομένα που συλλέγονται από τον δορυφόρο τα τελευταία δέκα χρόνια. Η ανακάλυψη επιβάλλει πιο αυστηρά όρια στα τρέχοντα μοντέλα επιτάχυνσης σωματιδίων σε ακραία αστροφυσικά περιβάλλοντα.
Οι ερευνητές λένε ότι τα ευρήματα βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι κοσμικές ακτίνες αποκτούν την τεράστια ενέργειά τους πριν διασχίσουν το διαστρικό διάστημα. Η κατανόηση αυτού του μηχανισμού είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της δυναμικής των βίαιων κοσμικών φαινομένων. Ο ρόλος που διαδραματίζουν τα μαγνητικά πεδία, τα ωστικά κύματα και τα βίαια κοσμικά συμβάντα παραμένει ακόμη εν μέρει συζητούμενος, αλλά τώρα με πολύ πιο στέρεα στοιχεία.
Η έρευνα αντιπροσωπεύει μια σημαντική πρόοδο στην αστροφυσική των σωματιδίων. Αποδεικνύοντας ότι διαφορετικοί τύποι κοσμικών ακτίνων ακολουθούν τον ίδιο παγκόσμιο φυσικό κανόνα, οι επιστήμονες έχουν ανοίξει νέες προοπτικές για να κατανοήσουν πώς η φύση επιταχύνει και μεταφέρει σωματίδια σε ακραίες ενέργειες μέσω του σύμπαντος.