Gama lúče zo vzdialených hviezd, ako je znázornené na ilustrácii tohto umelca, sú jedným z možných zdrojov ultra výkonných častíc OMG, ktoré občas zasiahnu detektory vedcov na Zemi.
(Obrázok: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter je astrofyzik na Štátnej univerzite v Ohiu a hlavný vedec vo vedeckom centre COSI. Sutter je tiež hostiteľom programu „Spýtajte sa kozmonautov“ a „Vesmírneho rádia“ a vedie spoločnosť AstroTours po celom svete. Sutter prispel týmto článkom k odborným hlasom agentúry Space.com: Op-Ed & Insights.
Práve teraz, keď čítate tento samotný text, vaša DNA sa rozreže na malé, neviditeľné guľky. Predajcovia škôd sú známi ako kozmické lúče, hoci to nie sú lúče - ale názov vyprchal z historického nedorozumenia. Namiesto toho sú to častice: väčšinou elektróny a protóny, ale niekedy sú to ťažšie veci ako hélium alebo dokonca železné jadrá.
Tieto kozmické častice majú problémy, pretože a) sú rýchle, a preto majú okolo seba k dispozícii veľa kinetickej energie ab) sú elektricky nabité. To znamená, že môžu ionizovať naše zlé nukleotidy DNA, roztrhať ich a občas viesť k nekontrolovateľným chybám replikácie (aka, rakovina). [Superstar 'Eta Carinae sa chová ako skvelá kozmická lúčová zbraň, ale prečo?]
Akoby to nebolo dosť zlé, každý raz za čas, zhruba raz za kilometer štvorcový za rok, častice kričia do našej hornej atmosféry skutočne monštruóznou rýchlosťou, narážajú na nešťastnú molekulu dusíka alebo kyslíka a kaskádujú do sprchy nízkoenergetické (samozrejme stále smrtiace) sekundárne častice.
Existuje iba jedna primeraná reakcia, keď je konfrontovaný s časticou takého nevhodného potenciálu: „OMG“.
Fastballs
„OMG“ bola prezývka pre prvý príklad tzv. Kozmických lúčov s ultra vysokou energiou, ktoré v roku 1991 odhalil detektor kozmického žiarenia Fly of Eye University of Utah. Tento jediný protón vrazil do našej atmosféry približne 99,99999999999999999999999995951 percent rýchlosti svetla. A nie, všetky tieto deviatky nie sú len kvôli dramatickému účinku, aby číslo vyzeralo pôsobivo - bolo to skutočne také rýchle. Táto častica mala rovnaké množstvo kinetickej energie ako slušne hodený bejzbal ... stlačený do predmetu s veľkosťou protónu.
To znamená, že táto častica mala viac ako 10 miliónov krát viac energie, ako dokáže vyrobiť náš najsilnejší kolektor častíc, LHC. Kvôli relativistickej dilatácii času mohla OMG častica pri tejto rýchlosti cestovať za najbližšou susednou hviezdou Proxima Centauri za 0,43 milisekundy vlastného času. V čase, keď ste si prečítali túto vetu (z vlastnej perspektívy), mohlo by to pokračovať do nášho galaktického jadra.
Skutočne OMG.
Od detekcie tejto častice sme pokračovali v pozorovaní oblohy pre tieto extrémne udalosti pomocou špecializovaných ďalekohľadov a detektorov z celého sveta. Všetci sme povedali, že sme za posledných niekoľko desaťročí zaznamenali okolo stovky častíc triedy OMG.
Týchto niekoľko desiatok príkladov objasňuje a prehlbuje záhady ich pôvodu. Viac údajov je vždy dobré, ale to, čo sakra v našom vesmíre je dosť silné na to, aby dalo protónu dostatočne dobrú trhlinu, že by mohla takmer - takmer - napadnúť samotné svetlo pre rasu?
Knuckleballs
Na urýchlenie nabitej častice na šialené rýchlosti potrebujete dve kľúčové zložky: veľa energie a magnetické pole. Magnetické pole vykonáva činnosť prenosu častíc na častice bez ohľadu na energiu vo vašom prípade (povedzme, výbušná kinetická energia výbuchu supernovy alebo vírivý gravitačný ťah, keď hmota padá na čiernu dieru). Podrobná fyzika je, samozrejme, neuveriteľne komplikovaná a málo zrozumiteľná. Rodiská kozmického žiarenia sú strašne komplikované a nachádzajú sa v extrémnych oblastiach nášho vesmíru, takže bude ťažké získať úplný fyzický obraz.
Stále však môžeme urobiť nejaké vzdelané odhady, odkiaľ pochádzajú extrémne príklady, ako je náš priateľ, častice OMG. Naším prvým odhadom by mohli byť supernovy, titanická smrť obrovských hviezd. Magnetické polia? Skontrolovať. Veľa energie? Skontrolovať. Ale nie dosť energie na to, aby urobil trik. Vaša hviezdna detonácia odrody záhrady nemá dostatok surového oomphu na vypláchnutie častíc rýchlosťou, ktorú zvažujeme.
Čo bude ďalej? Aktívne galaktické jadrá sú silnými súpermi. Tieto jadrá sa tvoria ako hmota, ktorá sa krúti do svojho osudu okolo supermasívnej čiernej diery, ktorá sa nachádza v strede galaxie; tento materiál sa komprimuje a zahrieva a v jeho konečných chvíľach vytvára akrečný disk. Toto krútiace peklo vytvára intenzívne magnetické polia z dynamických akcií, ktoré vytvárajú silnú zmes zložiek potrebných na pridanie nejakej vážnej konskej sily k vysunutým časticiam.
Okrem (a vedeli ste, že to bude „okrem“), aktívne galaktické jadrá sú príliš ďaleko na to, aby produkovali kozmické lúče, ktoré sa dostanú na Zem. Pri absurdných rýchlostiach kozmického žiarenia s veľmi vysokou energiou je plavba po vesmíre skôr pokusom preorať vánicu. Je to preto, že pri týchto rýchlostiach sa kozmické mikrovlnné pozadie - záplava nízkoenergetických fotónov, ktoré zostali z veľmi skorého vesmíru - javí ako vysoko presunutá smerom k vyšším energiám. Toto svetlo vysokej intenzity fackuje a plaví na putujúcom kozmickom lúči, spomaľuje ho a nakoniec ho zastavuje.
Preto by sme nemali očakávať, že najmocnejšie kozmické lúče budú cestovať ďalej ako sto miliónov svetelných rokov alebo tak podobne - a väčšina aktívnych galaktických jadier je od nás oveľa vzdialenejšia.
Curveballs
Na chvíľu bol hlavným podozrivým generátorom OMG Centaurus A, relatívne blízke aktívne galaktické jadro, ktoré sa nachádza niekde od 10 miliónov do 16 miliónov svetelných rokov. Výkonný, magnetický a blízky - perfektné kombinované. Ale zatiaľ čo niektoré prieskumy naznačujú, že kozmické lúče môžu pochádzať z jej všeobecného smeru, nikdy neexistovala dostatočne jasná korelácia, aby sa dala galaxia vylúčiť z podozrenia. [Hlboký pohľad na podivnú galaxiu Centaurus A]
Súčasťou problému je, že vlastné magnetické pole Mliečnej dráhy jemne mení trajektóriu prichádzajúcich kozmických lúčov a maskuje ich pôvodné smery. Takže na rekonštrukciu zdroja kozmického lúča potrebujete aj modely pre silu a smery magnetického poľa našej galaxie - niečo, čo presne nemáme.
Ak OMG generátor sám osebe nie je Centaurus A, možno to sú Seyfertove galaxie, určitá galaktická podtrieda všeobecne bližších, spravidla slabších (ale stále šialene jasných a silných) aktívnych galaktických jadier. Ale opäť, bez toho, aby sa čerpalo iba sto vzoriek, je ťažké urobiť prísne štatistické stanovenie.
Možno ide o výbuchy gama lúčov, o ktorých sa predpokladá, že vychádzajú z zvláštneho kataklyzmatického konca na niektoré z najextrémnejších hviezd. Ale naše chápanie fyziky tejto situácie je (môžete tomu uveriť?) Trochu útržkovité.
Možno je to niečo exotickejšie, napríklad topologické defekty od najskorších okamihov Veľkého tresku alebo funky interakcie v temnej hmote. Možno sa mýlime fyzika a naše výpočty limitu vzdialenosti nie sú presné. Možno, možno ...
Skutočný pôvod týchto ultra-vysokoenergetických častíc „OMG“ je ťažké určiť a napriek takmer 30-ročnej histórii detekcie nemáme veľa pevných odpovedí. Čo je v poriadku - je dobré mať vo vesmíre aspoň nejaké tajomstvá. Istú istotu zamestnania mohli využiť aj astrofyzici.
Viac informácií získate po prečítaní epizódy v podcaste „Ask A Spaceman“, ktorý je k dispozícii na iTunes a na webe na adrese http://www.askaspaceman.com. Vďaka hchrissscottt za otázky, ktoré viedli k tomuto kusu! Svoju vlastnú otázku položte na Twitteri pomocou #AskASpaceman alebo sledovaním Paula @PaulMattSuttera a facebook.com/PaulMattSutter. Sledujte nás @Spacedotcom, Facebook a Google+. Pôvodný článok o Space.com.
