Posle 100 godina, naučnici konačno otkrivaju pravilo iza kosmičkih zraka

Tajanstveni novi kosmički obrazac otkriven svemirskim teleskopom DAMPE mogao bi konačno odgonetnuti stogodišnju misteriju kosmičkih zraka.

Naučnici koji proučavaju misteriozne, ultramoćne kosmičke zrake otkrili su iznenađujući skriveni obrazac koji bi konačno mogao pomoći da se objasni odakle ove čestice dolaze.

Preporučujemo

Koristeći svemirski teleskop DAMPE, istraživači su otkrili da čestice kosmičkih zraka — od sićušnih protona do teških jezgara gvožđa — počinju znatnije da opadaju na potpuno istoj tački, što ukazuje na univerzalno pravilo koje upravlja njihovim ponašanjem širom galaksije.

Više od 100 godina naučnici pokušavaju da razumeju kosmičke zrake, neverovatno moćne čestice koje putuju kroz univerzum sa ekstremnim energijama. Uprkos decenijama istraživanja, mnoga pitanja o tome odakle dolaze i kako se ubrzavaju ostaju bez odgovora.

Sad su istraživači pomoću svemirskog teleskopa DAMPE otkrili važan novi trag. Njihovi nalazi otkrivaju zajedničku karakteristiku ovih misterioznih čestica i mogli bi pomoći naučnicima da bolje shvate njihovo poreklo.

Kosmički zraci su čestice sa najvećom energijom osmotrenom u prirodi. One nose mnogo više energije nego čestice proizvedene čak najsavremenijim akceleratorima na Zemlji. Naučnici veruju da nastaju usled nekih od najsilovitijih događaja u univerzumu, uključujući eksplozije supernova, mlazove iz crnih rupa i pulsare.

Lansiran u decembru 2015. godine, kineski svemirski teleskop DAMPE je dizajniran da istraži prirodu kosmičkih zraka i moguće veze sa tamnom materijom. Misija uključuje značajne doprinose grupe za astrofiziku sa Odeljenja za nuklearnu fiziku i fiziku čestica (DPNC) na Univerzitetu u Ženevi (UNIGE).

Ispitujući veoma precizne podatke koje je prikupio DAMPE, istraživači su otkrili univerzalni obrazac u energetskim spektrima jezgara primarnih kosmičkih zraka, u rasponu od laganih protona do mnogo težih jezgara gvožđa.

„Kosmički zraci su prvenstveno sastavljeni od protona, ali i od jezgara helijuma, ugljenika, kiseonika i gvožđa“, kažu naučnici. „Ove čestice su takođe kategorizovane po svojoj energiji: niska, do nekoliko milijardi elektron-volti; srednja, od nekoliko milijardi do nekoliko stotina milijardi elektron-volti; i visoka, od 1.000 milijardi elektron-volti i više“.

Naučnici otkrivaju zajednički obrazac kosmičkih zraka

Istraživanje je pokazalo da za svaki proučavani tip jezgra, broj čestica počinje da opada mnogo brže nakon dostizanja određenog praga. Naučnici ovaj efekat nazivaju „spektralno omekšavanje“.

Normalno, kosmički zraci sa većom energijom postaju manje uobičajeni kad se energija povećava. Međutim, opservacije teleskopa DAMPE pokazale su da to opadanje postaje drastično oštrije iznad rigidnosti od otprilike 15 TV (teralelektron-volti). Rigidnost opisuje koliko se snažno putanja čestice odupire savijanju pod uticajem magnetnih polja.

Pošto se ova ista karakteristika pojavljuje kod mnogo različitih tipova čestica, nalazi snažno podržavaju teorije koje sugerišu da rigidnost kontroliše ubrzanje kosmičkih zraka i njihovo kretanje kroz svemir. Istovremeno, podaci uveliko isključuju konkurentna objašnjenja zasnovana na energiji po nukleonu (energija podeljena brojem nukleona u čestici).

AI i napredni detektori pomažu u otkriću

Istraživači iz Ženeve su razvili sofisticirane metode veštačke inteligencije za rekonstrukciju događaja koje je detektovao teleskop. Takođe su doprineli važnim merenjima koja uključuju flukseve protona i helijuma i pomogli u analizi podataka o jezgrima ugljenika.

Pored toga, ženevska grupa je predvodila razvoj jednog od ključnih instrumenata satelita, Silicijumsko-tungstenskog sistema (STK). Ovaj detektor je bitan za precizno praćenje putanja čestica i određivanje električnog naboja dolaznih kosmičkih zraka.

Nalazi predstavljaju značajan napredak u razumevanju kako kosmički zraci nastaju i kako putuju kroz galaksiju. Naučnici kažu da novi rezultati postavljaju stroža ograničenja za postojeće modele ubrzanja čestica u astrofizičkim izvorima i poboljšavaju naše razumevanje kako se visokoenergetske čestice kreću kroz međuzvezdani prostor.

(Telegraf Nauka/Science Daily)