Gamma-säteilypurskaukset kaukaisista tähtiistä, kuten tämän taiteilijan kuvassa esitetään, ovat yksi mahdollinen lähde ultravoimakkaille "OMG-hiukkasille", jotka satuttavat toisinaan tutkijoiden ilmaisimia Maapallolla.
(Kuva: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter on astrofysiikka Ohion osavaltion yliopistossa ja johtava tiedemies COSI-tiedekeskuksessa. Sutter on myös isäntä "Ask a Spaceman" ja "Space Radio", ja johtaa AstroToursia ympäri maailmaa. Sutter kirjoitti tämän artikkelin Space.com: n Expert Voices: Op-Ed & Insights -julkaisuun.
Tällä hetkellä, kun luet tätä tekstiä, DNA: si leikataan pienet, näkymättömät luodit. Vahinkokauppiaita kutsutaan kosmisiksi säteiksi, vaikka ne eivät missään nimessä olekin säteitä - mutta nimi juontui historiallisesta väärinkäsityksestä. Sen sijaan ne ovat hiukkasia: elektroneja ja protoneja, enimmäkseen, mutta toisinaan raskaampia asioita, kuten heliumia tai jopa rautaytimiä.
Nämä kosmiset hiukkaset ovat vaikeuksia, koska a) ne ovat nopeita ja niillä on paljon kineettistä energiaa heittää ympärilleen ja b) ne ovat sähköisesti varautuneita. Tämä tarkoittaa, että ne voivat ionisoida huonoja DNA-nukleotidejamme, repiä ne toisistaan ja johtaa toisinaan hallitsemattomiin replikaatiovirheisiin (aka, syöpä). ['Superstar' Eta Carinae toimii kuin mahtava kosminen säteilyase, mutta miksi?]
Ikään kuin tämä ei olisi tarpeeksi huono, joka hetki, suunnilleen kerran neliökilometriä kohti vuodessa, hiukkanen huutaa yläilmakehäänmme todella hirviömäisellä nopeudella, koputtaa vastaan onnetonta typpi- tai happimolekyyliä ja hiipua hiukan suihkuun. pienemmän energian (mutta tietenkin tappava) toissijaiset hiukkaset.
On vain yksi asianmukainen vastaus, kun kohtataan tällaisen petollisen potentiaalin partikkeli: "OMG".
Fastballs
"OMG" oli lempinimi, joka annettiin ensimmäiselle esimerkille siitä, mitä nykyään tunnetaan erittäin suurienergisinä kosmissäteinä, jotka havaittiin vuonna 1991 Utahin yliopiston Fly's Eye -systeemeissä. Tuo yksi protoni iski ilmapiiriimme menemällä suunnilleen 99.99999999999999999999951 prosenttia valon nopeudesta. Ja ei, kaikki nämä yhdeksän eivät ole vain dramaattisia vaikutuksia, jotta numero näyttää vaikuttavalta - se todella oli niin nopea. Tällä hiukkasella oli sama määrä kineettistä energiaa kuin kunnolla heitetty baseball ... puristettuna protonin kokoiseksi esineeksi.
Tämä tarkoittaa, että tällä hiukkasella oli yli 10 miljoonaa kertaa enemmän energiaa kuin mitä tehokkain hiukkaskokoilijamme, LHC, pystyy tuottamaan. Relativistisen aikalaajennuksen takia tällä nopeudella OMG-hiukkanen voisi kulkea lähimpään naapuritähtiimme, Proxima Centauriin, 0,43 millisekunnissa hiukkasen omasta ajasta. Se voisi jatkua galaktisessa ytimessä mennessä, kun olet lopettanut tämän lauseen lukemisen (omasta näkökulmastaan).
OMG, todellakin.
Sen jälkeen kun hiukkaset ovat havainneet, olemme jatkaneet näiden ääritapahtumien taivaan tarkkailua erikoistuneilla kaukoputkilla ja ilmaisimilla ympäri maailmaa. Kaiken kaikkiaan, olemme tallentaneet noin sata OMG-luokan hiukkasia viime vuosikymmeninä.
Nämä muutama tusina esimerkkiä sekä selventävät että syventävät alkuperänsä salaisuuksia. Lisää tietoa on aina hyvää, mutta mikä helvetti universumissamme on tarpeeksi voimakas antamaan protonille riittävän hyvän halkeaman, että se voisi melkein - melkein - haastaa valon itsensä kilpailuun?
Knuckleballs
Ladatun hiukkasen kiihdyttämiseksi hulluiksi nopeuksiksi tarvitset kaksi avainosaa: paljon energiaa ja magneettikenttä. Magneettikenttä siirtää hiukkasiin mitä tahansa energioita, jotka ovat tapahtumassa (sanoen esimerkiksi supernoovan räjähdyksen räjähtävä kineettinen energia tai pyörittelevä gravitaatiovetäjä, kun aine putoaa kohti mustaa reikää). Yksityiskohtainen fysiikka on luonnollisesti uskomattoman monimutkaista eikä ymmärrettävää. Kosmisten säteiden syntypaikat ovat pelottavan monimutkaisia ja sijaitsevat maailmankaikkeuden äärimmäisillä alueilla, joten täydellisestä fyysisestä kuvasta tulee vaikea saada.
Mutta voimme silti tehdä joitain koulutettuja arvauksia siitä, mistä äärimmäiset esimerkit kuten ystävämme OMG-hiukkanen ovat peräisin. Ensimmäinen arvauksemme voi olla supernovas, massiivisten tähtien titaanikuolemat. Magneettikentät? Tarkistaa. Paljon energiaa? Tarkistaa. Mutta ei aivan tarpeeksi energiaa tempun tekemiseen. Puutarhalajikkeiden tähtien räjähdykselläsi ei vain ole tarpeeksi raakaa oompia sylkeäkseen hiukkasia harkittavalla nopeudella.
Mitä seuraavaksi? Aktiiviset galaktiset ytimet ovat vahvoja kilpailijoita. Nämä ytimet luodaan, kun aine pyörii tuomioonsa supermassiivisen mustan aukon ympärille, joka sijaitsee galaksin keskellä; että materiaali puristuu ja kuumenee, muodostaen lisäyslevyn viimeisissä hetkissään. Tämä kiertävä inferno synnyttää voimakkaita magneettikenttiä dynaamisista vaikutuksista muodostaen voimakkaan ainesosien seoksen, joka tarvitaan lisäämään vakavaa hevosvoimaa poistettuihin hiukkasiin.
Lukuun ottamatta (ja tiesit, että tulee olemaan "paitsi"), aktiiviset galaktiset ytimet ovat liian kaukana tuottamaan kosmisia säteitä, jotka saavuttavat Maan. Äärimmäisen energisen kosmisen säteen naurettavalla nopeudella risteily kosmoksen läpi on enemmän kuin yrittäisikö pintaa lumimyrskyn läpi. Tämä johtuu siitä, että noilla nopeuksilla kosminen mikroaaltotausta - hyvin varhaisesta universumista jäljelle jääneiden vähäenergisten fotonien tulva - näyttää voimakkaasti sinivihreältä kohti korkeampia energioita. Joten, korkea intensiteettivalo haisee ja vaihtuu liikkuvassa kosmisessa säteessä, hidastaen ja lopulta pysäyttäen sen.
Siksi meidän ei pitäisi odottaa, että voimakkaimmat kosmiset säteet kulkevat yli sata miljoonaa valovuotta tai enemmän - ja suurin osa aktiivisista galaktisen ytimistä on meistä paljon, paljon kauempana.
Curveballs
Jo jonkin aikaa OMG-sukupolven epäilty oli Centaurus A, suhteellisen lähellä oleva aktiivinen galaktinen ydin, joka sijaitsee jonkin verran välillä 10–16 miljoonaa valovuotta. Tehokas, magneettinen ja sulje - täydellinen yhdistelmä. Mutta vaikka eräät tutkimukset ovat viitanneet siihen, että kosmiset säteet saattavat tulla sen yleisestä suunnasta, ei koskaan ole ollut riittävää selkeää korrelaatiota, jotta kyseinen galaksi voidaan siirtää epäillystä tuomittavaksi. [Syvä katsaus outoon galaksi-kentauriin A]
Osa ongelmasta on se, että Linnunradan oma magneettikenttä muuttaa hienovaraisesti tulevien kosmisten säteiden suuntausta, peittäen niiden alkuperäiset suunnat. Joten kosmisen säteen lähteen rekonstruoimiseksi tarvitset myös malleja galaksiamme magneettikentän voimakkuudelle ja suunnille - sellaisille, joista meillä ei ole täysin kädensijaa.
Jos OMG-generaattori ei itsessään ole Centaurus A, niin ehkä se on Seyfert-galakseja, tietty galaktinen alaluokka, joka sisältää yleensä lähempää, yleensä heikompaa (mutta silti hulluasti ja voimakasta) aktiivista galaktista ydintä. Mutta taas, koska edes sataa näytettä ei ole käytettävissä, on vaikea tehdä tiukkaa tilastollista määritystä.
Ehkä se on gammasäteilypurskeita, joiden ajatellaan lähtevän erityisestä kataklysmisestä lopusta joihinkin äärimmäisiin tähtiin. Mutta ymmärryksemme tuon tilanteen fysiikasta on (voitko uskoa sitä?) Melko sketky.
Ehkä se on jotain eksoottisempaa, kuten topologiset viat Big Bangin varhaisimmista hetkeistä tai jotkut funky-vuorovaikutukset pimeässä aineessa. Ehkä saamme fysiikan väärin, ja etäisyysraja-laskelmasi eivät ole tarkkoja. Ehkä, ehkä, ehkä…
Näiden erittäin korkeaenergisten "OMG" -hiukkasten todellinen alkuperä on vaikea selvittää, ja huolimatta lähes 30 vuoden havaitsemishistoriasta, meillä ei ole paljon varmoja vastauksia. Mikä on hieno - on hyvä, että ainakin joitain mysteerejä on jäljellä maailmankaikkeudessa. Astrofysiikot voisivat käyttää myös joitain työpaikkojen turvaa.
Lisätietoja kuuntelemalla jaksoa "Ask A Spaceman"-podcastista, joka on saatavilla iTunesissa ja verkossa osoitteessa http://www.askaspaceman.com. Kiitos hchrissscotttille kysymyksistä, jotka johtivat tähän kappaleeseen! Esitä oma kysymys Twitterissä käyttämällä #AskASpaceman tai seuraamalla Paul @PaulMattSutter ja facebook.com/PaulMattSutter. Seuraa meitä @Spacedotcom, Facebook ja Google+. Alkuperäinen artikkeli Space.com-sivustolla.
