Krabo ūkas ką tik susprogdino Žemę didžiausios kada nors užfiksuotos energijos fotonais

Krabo ūkas NASA

Tibeto plynaukštė yra didžiulė, beveik penkių kilometrų virš jūros lygio iškilusi lyguma, kartais vadinama Pasaulio stogu. Pietuose ji ribojasi su aukščiausia pasaulyje kalnų grandine, o šiaurėje su dykumos žemėmis. Tai viena labiausiai izoliuotų vietų Žemėje.

Tačiau dėl didelio aukščio ji yra naudinga vieta mokslininkams. 1990 m. jie čia pastatė observatoriją, kad ištirtų subatominių dalelių, kurios nukrenta iš viršutinių atmosferos sluoksnių, kai į ją patenka didelės energijos kosminis spindulys, lietus. Šį darbą geriau atlikti dideliame aukštyje, nes yra mažiau atmosferos dalelėms sugerti.

Nuo tada vadinamasis Tibeto oro dušo masyvas užfiksavo daugybę didelės energijos kosminių spindulių, dalelių, kurias iki didžiulės energijos pagreitino astrofiziniai reiškiniai, tokie kaip supernovos, aktyvūs galaktikos branduoliai ir paslaptingi, kol kas neatpažinti šaltiniai.

Tačiau masyvas taip pat sugeria oro srautus, kuriuos sukelia kitas šaltinis - didelės energijos fotonai. Šiuos paslaptingus fotonus taip pat sukuria astrofiziniai reiškiniai, tokie kaip didelės energijos dalelių ir kosminio mikrobangų fono sąveika. Todėl jie gali suteikti unikalią įžvalgą apie šiuos procesus ir aplinką, kurioje jie vyksta.

Bėgant metams Tibeto oro dušo masyvas pastebėjo daugybę šių fotonų, kurių energija siekė iki dešimčių teraelektronvoltų (TeV 1012). Tai maždaug prilygsta didžiausios energijos fotonams, kuriuos galima sukurti Žemėje. Tačiau niekas niekada nepastebėjo galingesnių fotonų.

Iki dabar. Šiandien Tibet Air Shower Gamma Collaboration mokslininkai teigia pirmą kartą pastebėję fotonus, kurių energija viršija 100 TeV, įskaitant puikų fotoną, kurio energija siekia beveik 500 TeV. Šio vieno fotono energija yra maždaug tokia pati kaip krentančio stalo teniso kamuoliuko ir yra didžiausios kada nors užfiksuotos energijos fotonas.

Bendradarbiaujant taip pat išsiaiškinta, iš kur atsiranda šie fotonai: Krabo ūko, supernovos, kuri pirmą kartą buvo pastebėta 1054 m. mūsų eros Paukščių Tako Persėjo rankoje, maždaug 6500 šviesmečių atstumu nuo Žemės, liekanos.

Šio ūko centre yra pulsaras – neutroninė žvaigždė, besisukanti 30 kartų per sekundę ir skleidžianti elektromagnetinius impulsus plačiu dažnių diapazonu. Nors krabo ūkas plika akimi nematomas – jo ryškumas yra maždaug toks pat kaip Saturno mėnulio Titano – naktiniame danguje jis yra ryškiausias rentgeno ir gama spindulių, kurių energija viršija 30 KeV, šaltinis.

Dėl to jis labai domina astronomus. Vienas juos žavinčių klausimų yra tai, kiek šie fotonai gali tapti energingi ir koks fotonų energijos pasiskirstymas jiems pasako apie sąlygas ūko viduje.

Manoma, kad šios energijos fotonai susidaro vykstant procesui, vadinamam atvirkštine Komptono sklaida. Tai atsitinka, kai didelės energijos dalelė perduoda savo energiją fotonui. Krabo ūko atveju didelės energijos dalelės tikriausiai yra elektronai ir protonai, kuriuos pagreitina smūginės bangos galinguose magnetiniuose laukuose, kurie supa pulsarą. Tai suteikia jiems energiją sub-petaelektronvoltų (1015) diapazone.

Palyginimui, didelio hadronų greitintuvo, galingiausio pasaulyje dalelių greitintuvo, susidūrimo energija yra 14 TeV.

Tada šios dalelės perduoda savo energiją fotonams, likusiems po Didžiojo sprogimo, vadinamų kosminiu mikrobangų fonu, suteikdamos joms šimtus TeV. Tai fotonai, kuriuos aptinka Tibet Air Shower Array. Tai pirmasis didžiausios energijos fotonų, viršijančių 100 TeV, aptikimas iš astrofizinio šaltinio, todėl astronomijoje atsiveria sub-PeV langas, sako jie.

Tai tiksliai atskleidžia, kokios sąlygos turi egzistuoti ūko viduje. Visų pirma, jis atskleidžia smūginių bangų, praeinančių per magnetinį lauką, dydį. Ir tai savo ruožtu parodo procesus, kurie turi sukelti šias smūgines bangas.

Įvairios teorijos numato energijos, kurią fotonai gali įgyti tokiu būdu, ribą. Tačiau Tibeto bendradarbiavimas iki šiol nerado jokių to ženklų. Gali būti, kad tokiu būdu gaminami fotonai su eksaelektronvoltais (1018). Tokiu atveju vienas fotonas turėtų oro šautuvo kulkos energiją. 1991 m. fizikai išmatavo 300 EeV energijos kosminį spindulį, vadinamąją „O, mano Dieve“ dalelę, didžiausios kada nors užfiksuotos energijos dalelę.

Tačiau pirmiausia reikės papildomų Tibeto bendradarbiavimo ir kitų grupių įrodymų, kurie padėtų tiksliai suderinti astrofizines teorijas apie tai, kas vyksta šiose ekstremaliausiose visatos aplinkose.

Nuoroda: https://arxiv.org/abs/1906.05521 : Pirmasis fotonų, kurių energija viršija 100 TeV, aptikimas iš astrofizinio šaltinio

paslėpti