מסתורית באנרגיה קוסמית אולטרה-גבוהה מאתגרת אסטרונומים - עולם הפיזיקה

זוהה חלקיק קרניים קוסמיות עם אנרגיה גדולה פי 36 מיליון מהחלקיקים המואצים על ידי מאיץ ההדרונים הגדול של CERN. ב-244 EeV, זהו אחד החלקיקים האנרגטיים ביותר שנצפו אי פעם והוא זוהה בשנת 2021 על ידי מערך הטלסקופים ביוטה. בעוד שהקרן הקוסמית בעלת האנרגיה האולטרה-גבוהה (UHECR) נוצרה כנראה על ידי תהליך אסטרופיזי אלים, החוקרים לא הצליחו לאתר אותה למקורותיה.

החוקרים כינו את החלקיק Amaterasu, שהיא אלת השמש במיתולוגיה היפנית. שיא האנרגיה הנוכחי של UHECR הוא 320 EeV, המוחזק על ידי החלקיק "אוי-אלוהים", אשר זוהה בשנת 1991 ביוטה על ידי קודמו למערך הטלסקופים.

UHECRs הם חלקיקים תת-אטומיים כגון פרוטונים שיש להם אנרגיות גדולות מ-1 EeV (10¹⁸ eV). למרות שנראה שהם מגיעים מחוץ לשביל החלב, מקורם עדיין לא מובן בגלל הנדירות של התבוננות בהם על פני כדור הארץ.

ניתוק קוסמי

בחיפוש אחר המקורות של UHECRs, אסטרונומים נהנים מתופעה הנקראת נקודת הסף של Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). זה קורה מכיוון ש-UHECR עם אנרגיות מעל כ-60 EeV מתקשרים עם רקע המיקרוגל הקוסמי בזמן שהם נעים בחלל - ומאבדים אנרגיה תוך כדי תנועה. משמעות הדבר היא שחלקיקים באנרגיות גבוהות יותר אלו לא יכולים לעבור יותר מכ-300 מיליון שנות אור לפני שהגיעו לכדור הארץ.

למרות החתך הזה, ה צוות בינלאומי שזיהה את אמטרסו אינם חכמים יותר לגבי מקור החלקיק, לפי טושיהירו פוג'י מאוניברסיטת אוסקה מטרופוליטן ביפן - מי שהבחין לראשונה בעדויות ל-UHECR בנתוני מערך טלסקופים.

"מצאנו את התעלומה החדשה הזו," הוא אמר, והצביע על כך שהחלקיק אינו מתאם עם שום עצם אסטרופיזי ידוע. כתיבה ביומן מדע, הצוות מציע מספר מקורות אפשריים לאמטרסו.

חושך ואור

כשמסתכלים בתוך סף ה-GZK ומניחים שהחלקיק הוסט על ידי השדה המגנטי של שביל החלב, מקור אפשרי אחד הוא הגלקסיה NGC 6946. זו נמצאת במרחק של כ-25 מיליון שנות אור וידועה ביצירת הכוכבים המופלאים שלה ובמספר רב של סופרנובות. עם זאת, אסטרונומים לא צפו בקרני גמא או בקרני רנטגן מהגלקסיה. התבוננות בקרינה זו תצביע על נוכחות של עצם אסטרופיזי המסוגל להאיץ UHECRs. ניתן למצוא את Amaterasu גם מהריק המקומי, אזור סמוך עם צפיפות נמוכה במיוחד של גלקסיות. אבל שוב, אין שם חפץ שניתן לזהות כמקור.

לטענת הצוות, אפשרות נוספת היא שההבנה הלא מלאה שלנו של פיזיקת החלקיקים מעבר למודל הסטנדרטי עלולה לגרום לכך שאמאטרסו נסע רחוק יותר ממה שמותר על ידי ה-GZK. אם זה המקרה, אז יכול להיות שמקור ה-UHECR כל כך רחוק שאנחנו לא יכולים לזהות את הפליטות האלקטרומגנטיות שלו.

לפי Fujii, המקור האקזוטי ביותר האפשרי של Amaterasu הוא "מאיץ אפל" - עצם היפותטי שפולט UHECRs אך ללא קרינה אחרת.

למרות הגילוי והספקולציות, רפאל אלבס בטיסטה, אסטרופיזיקאי באוניברסיטה האוטונומית של מדריד, סיפר עולם הפיזיקה שהתצפית מגלה "שום דבר חדש" לגבי UHECRs.

"אני שמרן במובן זה שלא הייתי קופץ לשום הסבר מעבר למודל הסטנדרטי", הוא אומר. "יש לנו אובייקטים אסטרופיזיים שאכן יכולים לייצר את הקרניים הקוסמיות הללו באנרגיה גבוהה. אנחנו פשוט לא יודעים איך זה קורה, או איפה החפצים האלה נמצאים, או אילו חפצים עושים את זה".

הוא גם מציין כי לאסטרונומים יש הבנה גרועה מאוד של שדות מגנטיים מחוץ לשביל החלב, מה שמקשה מאוד על החזרה לאחור.

אי ודאות מוחלטת

"בגלקסיה שלנו, אנחנו לא באמת יודעים [את השדה המגנטי הגלקטי] אבל לפחות יש לנו ידית שהיא בגבולות ספציפיים. אבל, לגבי שדות מגנטיים גלקטיים נוספים, זה לגמרי לא בטוח", אמר בטיסטה.

גם פוג'י וגם בטיסטה מסכימים שדרושות תצפיות נוספות על אירועים נדירים אלה לפני שנוכל להתחיל להבין את המקורות של UHECRs. כמו כן נדרשים שיפורים להבנתנו לגבי שדות מגנטיים חוץ-גלקטיים.

חלק מהתצפיות הללו בוודאי ייעשו על ידי מערך הטלסקופים. זהו גלאי הקרניים הקוסמיות הגדולות ביותר בחצי הכדור הצפוני וכיום הוא מורחב כך שהוא גדול פי ארבעה מהשטח הנוכחי שלו.

כיום, חלקיקים כמו Amaterasu מתגלים בערך אחת ל-15 שנים, אבל Fujii אומר ששיפורים במערך הטלסקופים יכולים להפחית את זה לפעם בארבע שנים.

המחקר מתואר ב מדע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/mysterious-ultrahigh-energy-cosmic-ray-puzzles-astronomers/