Käyttämällä havaintoja Rypäleet-3 myoninilmaisin, fyysikot Intiassa ja Japanissa ovat tutkineet kosmisen säteen energiaspektrin huonosti ymmärrettyä aluetta ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti. Fahim Varsi klo Intian teknologiainstituutti Kanpur ja kollegat tunnistivat aiemmin näkemättömän piirteen spektrin mutkan muodossa. Havainnot viittaavat siihen, että kosmisten säteiden alkuperää on harkittava uudelleen.
Pääasiassa protoneista ja heliumytimistä koostuvat kosmiset säteet ovat erittäin energisiä hiukkasia, jotka pommittavat jatkuvasti Maan ilmakehää. Vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa kosmiset säteet tuottavat sekundaaristen hiukkasten suihkuja, kuten elektroneja, fotoneja ja myoneja, jotka sataa alas maan päälle.
Kosmiset säteet tunnistettiin ensimmäisen kerran vuonna 1912 Victor Hessin Nobel-palkittujen havaintojen perusteella. Silti jopa yli vuosisadan niiden alkuperäisen havaitsemisen jälkeen meillä on vielä paljon opittavaa näiden hiukkasten luonteesta. Vaikka tähtitieteilijät uskovat, että kosmiset säteet ovat peräisin useista eri lähteistä, kuten tähdistä, supernoveista ja aktiivisista galaktisista ytimistä, niiden alkuperää ei täysin ymmärretä, koska magneettikentät taivuttavat hiukkasia, kun ne kulkevat pitkiä matkoja Maahan.
Tarkat mitat vaaditaan
"Kosmisen säteiden tiedetään olevan maailmankaikkeuden energisimpiä hiukkasia", sanoo tiimin jäsen. Pravata Mohanty Tata Institute for Fundamental Researchissa Mumbaissa. "Kosmisen säteiden alkuaineenergiaspektrin muodon tarkka mittaaminen on tarpeen, jotta ymmärrämme niiden alkuperän, kiihtyvyyden ja etenemisen."
Yksi erityisen räikeä aukko ymmärryksessä on kosmisen säteen spektrin keskellä 100 TeV–1 PeV energioissa. Tässä ikkunassa hiukkaset ovat liian energisiä poimimaan ne suoraan avaruudessa sijaitsevien ilmaisimien avulla, mutta ne eivät ole tarpeeksi energisiä, jotta suuri määrä suihkuhiukkasia pääsisi maan ilmaisimiin.
Tutkiakseen tätä energia-aluetta tarkemmin Varsin työryhmä tutki GRAPES-3-kokeen havaintoja. Tämä on Etelä-Intiassa sijaitseva myoni-observatorio, joka sisältää joukon säihkeitä ilmaisimia. Laitos sijaitsee 2200 XNUMX metriä merenpinnan yläpuolella, mikä helpottaa myonien havaitsemista ennen kuin ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kanssa.
"GRAPES-3 sisältää laajan alueen ilmaisimen, jonka avulla voimme mitata kosmisten säteiden alkuainekoostumusta myonikomponentin kautta kosmisten säteiden suihkussa", Mohanty selittää. "GRAPES-3:n havaintoalue on useita tuhansia kertoja suurempi kuin avaruudessa sijaitsevilla ilmaisimilla, joten se takaa poikkeuksellisen korkean tilastollisen tarkkuuden mittauksissa."
Neljän vuoden opiskelu
Tutkijat arvioivat noin 8 miljoonaa suihkutapahtumaa, jotka havaittiin 460 päivän aikana vuosina 2014 ja 2015. Analyyttisten ja virheenkorjaustekniikoiden monimutkaisuuden vuoksi analyysin valmistuminen kesti neljä vuotta. Tiimi sanoo, että sen tulokset tarjoavat ensimmäisen yksityiskohtaisen kuvan keskienergiaikkunasta.
"Tutkimuksessa mitattiin protonispektri kosmisissa säteissä 50 TeV:stä 1.3 PeV:iin, mikä yhdistää tehokkaasti sekä avaruudessa että maanpäällisissä mittauksissa saadut havainnot", Mohanty kuvailee.
Yksi Varsin tiimin havaitsemista silmiinpistävimmistä piirteistä oli energiaspektrin mutka noin 166 TeV:ssä, jossa havaittiin odotettua enemmän kosmisia protoneja hieman korkeammilla energioilla. Aikaisemmin maanpäällisissä kokeissa oli havaittu samanlainen mutka noin 3 PeV:ssa, jonka uskottiin olevan galakseista peräisin olevien kosmisten säteiden maksimienergia.
Tähän asti tutkijat olivat yleisesti olettaneet, että protonien energiaspektri havaitulla alueella voidaan kuvata yksinkertaisella teholailla. Ryhmän löytö näyttää kuitenkin rikkovan tämän oletuksen.
"Se viittaa mahdollisuuteen, että yksi lähteiden luokka, jonka yleisesti uskotaan olevan supernovajäänteitä, voi tehokkaasti kiihdyttää kosmisia säteitä havaittuun mutkaan asti, kun taas toinen luokka tulee vallitsevaksi mutkan takana", Mohanty selittää.
Näiden tulosten pohjalta Varsin tiimi toivoo, että pian syntyisi uusia malleja näiden vaikutusten huomioon ottamiseksi. Jos ne saavutetaan, ne voivat auttaa vahvistamaan ymmärrystämme siitä, kuinka kosmiset säteet syntyvät, kiihtyvät ja leviävät galaktisten etäisyyksien yli.
Tutkimusta kuvataan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://physicsworld.com/a/kink-in-cosmic-ray-spectrum-puzzles-astrophysicists/
