Znanstvenici su uočili foton sa najvećom energijom dosad.
Znanstvenici koji rade na kineskom LHAASO opservatoriju uočili su 530 fotona sa energijama između 0.1 i 1.4 petaelektronvolta, iz 12 različitih izvora unutar Mliječne staze. Ispostavilo se da je jedan od izvora Maglica Rakovica (Messier 1), dok točna lokacija i podrijetlo ostalih izvora još uvijek nije utvrđeno. Ovakva promatranja dokazuju postojanje galaktičkih “pevatrona”, nepoznatih izvora koji daju česticama povećane količine energije i brzinu.
Pevatroni su kozmički akceleratori čestica u našoj galaksiji, koje im ubrzavaju energiju na nekoliko petaelektronvolta. Ovakve studije pomažu nam shvatiti što su zapravo ti objekti, te kakvi se fizički procesi u njima odvijaju.
Kozmičke zrake i PeVatroni: Znanstvena uporišta
Fizičari su upoznati sa postojanjem kozmičkih zraka već više od 100 godina. Zrake su zapravo čestice visokih energija, čiji su izvori svemirski objekti.
Energije ovih čestica dosežu ogromne vrijednosti( čak do 10 21 elektronvolta, što je 100 milijuna puta više nego energije u Velikom Hadronskom sudaraču), no znanstvenici još uvijek ne mogu sa sigurnošću reći koji svemirski objekti uzrokuju ovakve energije.
Kandidati za takve akceleratore su regije u kojima se nalaze pulsari, ostaci supernova, masivne crne rupe, ili pak one u kojima nastaju zvijezde. No još uvijek nismo u mogućnosti povezati specifičan objekt sa kozmičkom zrakom visoke energije.
Kozmičke zrake sa izrazito jakim energijama od petaelektron volta privlače posebnu pažnju znanstvenika. U energetskom spektru kozmičkih zraka postoji tzv. “koljeno”, što je zapravo prekih krivulje spektra. Znanstvenici povezuju ovaj prekid sa različitim izvorima kozmičkih zraka, od onih sa nižim energijama ka onim sa višim.
Čestica sa energijama od nekoliko elektron volta dolaze na Zemlju iz prirodnih akceleratora unutar Mliječne staze. Hipotetski izvori ovih čestica nazivaju se pevatroni. Kozmičke zrake sa izrazito visokim energijama mogu doći do nas i iz ostalih galaksija, što je razlog padu njihovog toka.
https://kozmos.hr/crvotocine-su-vjerojatno-masivni-kozmicki-tuneli-kojima-se-moze-prolaziti-svemirskim-letjelicama/
Sve do nedavno nije bilo moguće primjetiti pevatrone unutar naše galaksije. Centar galaksije nazivao se izvorom kozmičkih protona sa energijama do 0.004 petaelektron volta. Primjerice, izvor protona u našem slučaju je masivna crna rupa koja se nalazi u centru naše galaksije.
Određivanje izvora nabijenih čestica komplicirano je činjenicom da potonji tijekom svog kretanja uspijevaju odstupiti od početne putanje zbog jakih magnetskih polja u svemiru i oko svojih izvora.
U ovom slučaju, fizičarima su pomogli jako nabijeni fotoni, koji bi trebali nastati u interakciji ubrzanih protona i drugih nabijenih čestica sa česticama u svemiru.
Na gama zrake, za razliku od nabijenih čestica, ne utječu magnetska polja, što znači da se jednostavnije može otkriti i njhov točan izvor praćenjem njihove putanje.
Fizičari su ranije otkrili takvu gama radijaciju sa energijama blago iznad 0.1 peta-elektronvolti, no za precizinije studije PeVatrona potrebni su stabilniji fotoni sa jačim nabojima.
10 stvari koje biste trebali znati o otkrivenim PeVatronima
1. Voditelj studije Zhen Cao sa ostalim je kolegama prezentirao rezultate mjerenja sa LHAASO ospervatorija. Znanstvenici su uspjeli zabilježiti 530 fotona sa energijama od 0.1 do 1.4 peta-elektron volta iz 12 različitih izvora unutar Mliječne staze.
2. Statistička točnost činjenice da je svaki od 12 detektiranih objekata izvor gama zračenja sa energijama većim od 0.1 peta-elektron volta je iznad 7σ.
3. Maksimalna energija gama zračenja od 1.42± 0.13 peta-elektron volta je zabilježena samo na jednom od izvora, dok je za ostale objekte ova vrijednost varirala između 0.2 i 0.9 peta-elektron volta.
Dijagram iz LHAASO opservatorija. Crvene točkice su scintilatorski brojači, plave točke su detektori miona, plavi pravokutnici su detektori Čerenkovljeva zračenja, crni pravokutnici su detektori Čerenkovljeva zračenja sa širokim vidnim poljem.
Izvor: Zhen Cao et al. / Nature,2021 pic.twitter.com/r6S9r4fsnd— Kozmos.hr (@KozmosHr) May 21, 2021
4.Ispostavilo se da je jedan od izvora zračenja i Maglica Rakovica- ostatak supernove koja se dogodila prije tisuću godina. Promatrano iz pozicije LHAASO opservatorija, ova maglica je vidljiva kao točka na noćnom nebu koja se ne preklapa sa sličnim objektima u svemiru. Zahvaljujući ovoj činjenici, znanstvenici su sa sigurnošću mogli utvrdili izvor pronađenog zračenja visokih energija.
5. Za ostalih 11 objekata znanstvenici nisu niti istraživali točnu lokaciju izvora niti prirodu nastanka. Unatoč tome, približna lokacija pronađenih izvora ukazuje na to da bi izvori mogli biti akceleratori visoko nabijenih protona i elektrona koji su otprije poznati fizičarima. To su primjerice pulsari, ostaci supernova, plerioni ili pak nakupine mladih masivnih zvijezda.
Pozicije pronađenih zračenja na noćnom nebu.
Izvor: Zhen Cao et al. / Nature, 2021 pic.twitter.com/UIjm203mC7— Kozmos.hr (@KozmosHr) May 21, 2021
6. Moguće je da se jedan od izvora nalazi u formaciji zvijezda poznatoj kao “Swan Cocoon”. U prijašnjim istraživanjima su znanstvenici utvrdili jaka zračenja iz ove regije.
7. Dodatno, znanstvenici su izmjerili spektar energija otkrivenih izvora, koji će im pomoći u analiziranju procesa koji se odvijaju u PeVatronima.
8. Dobiveni rezultati ukazuju na obilje pevatrona unutar Mliječne staze, bez obzira na njihovu prirodu.
9. U budućnosti će se granični tok zračenja potreban opservatoriju LHAASO za registriranje izvora gama kvanta ultra-visokih energija smanjiti barem za jedan red veličine
10. Ovo znači da će broj otkrivenih pevatrona rapidno rasti, te će znanstvenici moći lakše razumijeti prirodu takvih prirodnih akceleratora.
Energetski spektri zračenja iz tri izvora i kutne raspodjele njihova intenziteta.
Izvor: Zhen Cao et al. / Nature, 2021 pic.twitter.com/8HiyWHQSD3— Kozmos.hr (@KozmosHr) May 21, 2021
LHAASO opservatorij
Opservatorij je uspostavljen u travnju 2019. godine, te je namijenjen promatranjima svemirskih zračenja. Nalazi se na nadmorskoj visini od 4410 metara u kineksoj provinciji Sečuan, te je osmišljen kao cijeli kompleks namijenjen promatranjima svemirskih čestica, te njihove interakcije sa zemljinom atmosferom.
Područje instalacija i uređaja pokriva površinu od kilometra kvadratnog, na kojem se nalazi 5195 brojača scintilatora i 1188 detektora miona, dok se u centru nalaze 3 detektora Čerenkovljeva zračenja sa ukupnom površinom od 78 tisuća metara kvadratnih i 18 detektora Čerenkovljeva zračenja sa širokim vidnim poljem.
Takav sustav detektora omogućuje postizanje dobre kutne razlučivosti jedne trećine kuta i energetske razlučivosti od 20 posto pri energiji otkrivenih čestica od 0,1 petaelektronvolta.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram-t.me/kozmoshr
Izvor:
• Cao, Z., Aharonian, F. A., An, Q., Bai, L. X., Bai, Y. X., Bao, Y. W., Bastieri, D., Bi, X. J., Bi, Y. J., Cai, H., Cai, J. T., Cao, Z., Chang, J., Chang, J. F., Chang, X. C., Chen, B. M., Chen, J., Chen, L., Chen, L., … Zuo, X. (2021, May 17). Ultrahigh-energy photons up to 1.4 petaelectronvolts from 12 γ-ray Galactic sources.
• EurekAlert. (n.d.). LHAASO discovers a dozen PeVatrons and photons exceeding 1 PeV and launches ultra-high-energy gamma.
• Zhihao, Zhang (n.d.). Scientists find particles of ultrahigh energy in Milky Way.
