นักดาราศาสตร์ไขปริศนารังสีคอสมิกพลังงานสูงลึกลับ - โลกฟิสิกส์

นักดาราศาสตร์ไขปริศนารังสีคอสมิกพลังงานสูงลึกลับ - โลกฟิสิกส์

ประทับเวลา: 27 พฤศจิกายน 2023 11:12 น

การตรวจจับรังสีคอสมิก
เทพธิดาแห่งดวงอาทิตย์: ภาพประกอบของการโปรยลงมาของอนุภาคที่สร้างขึ้นโดย Amaterasu ขณะเข้าสู่ชั้นบรรยากาศเหนือกลุ่มกล้องโทรทรรศน์ในยูทาห์ (เอื้อเฟื้อโดย: Osaka Metropolitan University/L-INSIGHT, Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige)

ตรวจพบอนุภาครังสีคอสมิกที่มีพลังงานมากกว่าอนุภาคที่ถูกเร่งด้วยเครื่องชนอนุภาคแฮดรอนขนาดใหญ่ของ CERN ประมาณ 36 ล้านเท่า ที่ 244 EeV นี่เป็นหนึ่งในอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยพบเห็นและถูกค้นพบในปี 2021 โดย Telescope Array ในยูทาห์ แม้ว่ารังสีคอสมิกพลังงานสูงพิเศษ (UHECR) อาจถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่รุนแรง นักวิจัยไม่สามารถติดตามกลับไปยังต้นกำเนิดของมันได้

นักวิจัยได้ตั้งชื่ออนุภาคอามาเทราสึ ซึ่งเป็นเทพีแห่งดวงอาทิตย์ในตำนานของญี่ปุ่น บันทึกพลังงานปัจจุบันของ UHECR คือ 320 EeV ซึ่งถือโดยอนุภาค "โอ้-มาย-ก็อด" ซึ่งตรวจพบในปี 1991 ในยูทาห์โดยรุ่นก่อนของ Telescope Array

UHECR คืออนุภาคย่อยของอะตอม เช่น โปรตอนที่มีพลังงานมากกว่า 1 EeV (1018 อีวี) แม้ว่าพวกมันจะดูเหมือนมาจากนอกทางช้างเผือก แต่ต้นกำเนิดของพวกมันยังไม่ค่อยเข้าใจนักเนื่องจากหายากในการพบพวกมันบนโลก

การตัดทอนจักรวาล

ในการค้นหาต้นกำเนิดของ UHECR นักดาราศาสตร์จะได้รับประโยชน์จากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าจุดตัด Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจาก UHECR ที่มีพลังงานสูงกว่าประมาณ 60 EeV มีปฏิสัมพันธ์กับพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลขณะที่พวกมันเดินทางผ่านอวกาศ โดยสูญเสียพลังงานไปในขณะนั้น ซึ่งหมายความว่าอนุภาคที่มีพลังงานสูงกว่านี้ไม่สามารถเดินทางได้ไกลกว่า 300 ล้านปีแสงก่อนที่จะมาถึงโลก

แม้จะมีการตัดขาดนี้ก็ตาม ทีมงานต่างประเทศตรวจพบอามาเทราสึ ไม่ฉลาดกว่าเกี่ยวกับต้นกำเนิดของอนุภาค โทชิฮิโระ ฟูจิอิ ของมหาวิทยาลัยนครหลวงโอซาก้าของญี่ปุ่น ซึ่งเป็นคนแรกที่สังเกตเห็นหลักฐาน UHECR ในข้อมูล Telescope Array

“เราพบความลึกลับใหม่นี้” เขากล่าว โดยชี้ให้เห็นว่าอนุภาคไม่มีความสัมพันธ์กับวัตถุทางดาราศาสตร์ใดๆ ที่เรารู้จัก เขียนในวารสาร วิทยาศาสตร์, ทีมงานได้แนะนำต้นกำเนิดที่เป็นไปได้หลายประการสำหรับอามาเทราสึ

ความมืดและความสว่าง

เมื่อพิจารณาภายในจุดตัดของ GZK และสมมุติว่าอนุภาคถูกเบี่ยงเบนโดยสนามแม่เหล็กของทางช้างเผือก ต้นกำเนิดที่เป็นไปได้ประการหนึ่งคือกาแลคซี NGC 6946 ซึ่งอยู่ห่างออกไปประมาณ 25 ล้านปีแสง และเป็นที่รู้จักจากการกำเนิดดาวฤกษ์ขนาดมหึมาและซุปเปอร์โนวาจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม นักดาราศาสตร์ยังไม่ได้สังเกตรังสีแกมมาหรือรังสีเอกซ์จากกาแลคซี การสังเกตการแผ่รังสีนี้อาจบ่งบอกถึงการมีอยู่ของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่สามารถเร่ง UHECR ได้ อามาเทราสึสามารถย้อนกลับไปใน Local Void ซึ่งเป็นบริเวณใกล้เคียงที่มีกาแลคซีหนาแน่นต่ำผิดปกติ แต่ขอย้ำอีกครั้งว่าไม่มีวัตถุใดที่สามารถระบุได้ว่าเป็นแหล่ง

ทีมงานระบุ ความเป็นไปได้อีกอย่างหนึ่งก็คือความเข้าใจที่ไม่สมบูรณ์ของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ของอนุภาคที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานอาจหมายความว่า Amaterasu เดินทางไกลเกินกว่าที่อนุญาตโดยการตัด GZK หากเป็นกรณีนี้ อาจเป็นไปได้ว่าต้นกำเนิดของ UHECR อยู่ไกลมากจนเราไม่สามารถตรวจจับการปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้

ตามข้อมูลของ Fujii แหล่งที่มาที่แปลกที่สุดที่เป็นไปได้ของ Amaterasu คือ "เครื่องเร่งความมืด" ซึ่งเป็นวัตถุสมมุติที่ปล่อย UHECR แต่ไม่มีรังสีอื่น ๆ

แม้จะมีการค้นพบและการเก็งกำไร ราฟาเอล อัลเวส บาติสต้านักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอิสระแห่งมาดริดกล่าว โลกฟิสิกส์ การสังเกตพบว่า “ไม่มีอะไรใหม่” เกี่ยวกับ UHECR

“ฉันเป็นคนอนุรักษ์นิยมในแง่ที่ว่าฉันจะไม่ด่วนสรุปคำอธิบายใดๆ นอกเหนือจากโมเดลมาตรฐาน” เขากล่าว “เรามีวัตถุทางดาราศาสตร์ที่สามารถสร้างรังสีคอสมิกพลังงานสูงเหล่านี้ได้ เราแค่ไม่รู้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร หรือวัตถุเหล่านี้อยู่ที่ไหน หรือวัตถุใดกำลังทำเช่นนี้”

นอกจากนี้เขายังชี้ให้เห็นว่านักดาราศาสตร์มีความเข้าใจเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กนอกทางช้างเผือกได้แย่มาก ซึ่งทำให้การย้อนรอยทำได้ยากมาก

ความไม่แน่นอนที่สมบูรณ์

“ในกาแลคซีของเรา เราไม่รู้ [สนามแม่เหล็กกาแลคซี] จริงๆ แต่อย่างน้อยเราก็มีที่จับที่อยู่ภายในขอบเขตเฉพาะ แต่สำหรับสนามแม่เหล็กดาราจักรเพิ่มเติมนั้น ยังไม่แน่นอนโดยสิ้นเชิง” บาติสตากล่าว

ทั้งฟูจิอิและบาติสตาต่างเห็นพ้องกันว่าจำเป็นต้องมีการสังเกตเหตุการณ์ที่หายากเหล่านี้เพิ่มเติมก่อนที่เราจะเริ่มเข้าใจต้นกำเนิดของ UHECR จำเป็นต้องมีการปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กนอกกาแลคซีด้วย

การสังเกตการณ์เหล่านี้บางส่วนจะกระทำโดย Telescope Array อย่างแน่นอน เป็นเครื่องตรวจจับรังสีคอสมิกที่ใหญ่ที่สุดในซีกโลกเหนือ และขณะนี้กำลังได้รับการขยายให้ใหญ่กว่าพื้นที่ปัจจุบันถึงสี่เท่า

ปัจจุบัน อนุภาคเช่นอามาเทราสึถูกตรวจพบทุกๆ 15 ปี แต่ฟูจิอิกล่าวว่าการปรับปรุง Telescope Array สามารถลดสิ่งนี้ลงเหลือทุกๆ สี่ปีได้

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์

หนาวที่สุด: จดหมายถึงไอน์สไตน์และความก้าวหน้าของเทคโนโลยีระบายความร้อนด้วยเลเซอร์ทำให้นักฟิสิกส์เข้าสู่สถานะควอนตัมใหม่ของสสารได้อย่างไร - โลกฟิสิกส์

คลัสเตอร์ต้นทาง:
โหนดต้นทาง: 1932468
ประทับเวลา: ม.ค. 2, 2024