Astronomi su se dugo pitali odakle u našoj galaksiji potiču kosmički zraci visoke energije? Nova zapažanja uz pomoć opservatorije Eksperiment Čerenkova na velikoj nadmorskoj visini (HAWC) je otkrio gotovo nemogućeg kandidata: inače, divovski molekularni oblak je uobičajena pojava.
Kosmičke zrake uopće nisu zraci, već sićušne čestice koje putuju kroz svemir skoro brzinom svjetlosti. Mogu se sastojati od elektrona, protona ili čak iona težih elemenata. Nastaju u svim vrstama visokoenergetskih procesa u kosmosu, od eksplozija supernove do spajanja zvijezda, pa čak i kada crna rupa usisava plin. Kosmičke zrake dolaze u širokom spektru energija, i općenito govoreći, kosmičke zrake više energije su manje uobičajene od njihovih rođaka niže energije. Ovaj omjer se vrlo malo mijenja pri određenoj energiji - 10^15 elektron volti - koja se naziva "koleno". Elektron volt, ili eV, je jednostavno način na koji fizičari čestica vole da mjere nivoe energije. Poređenja radi, najmoćniji sudarač čestica na Zemlji, Veliki hadronski sudarač, može doseći 13×10^12 eV, što se često označava kao 13 teraelektron volti ili 13 TeV.
Kosmičke zrake sa energijom iznad 10-15 eV mnogo su rjeđe nego što bi se moglo očekivati. Ovo je navelo astronome da poveruju da bilo koje kosmičke zrake na ovom energetskom nivou i iznad dolaze izvan galaksije, dok su procesi u Mlečnom putu sposobni da proizvode kosmičke zrake do i uključujući 10-15 eV. Šta god da stvara ove kosmičke zrake biće u "peta" opsegu i stoga više od 1000 puta snažnije od naših najboljih akceleratora čestica - prirodnih "pevatrona" koji lutaju galaksijom.
Misija je jednostavna: pronaći izvor kosmičkih zraka PEV razmjera u Mliječnom putu. Ali uprkos njihovoj energiji, teško je utvrditi njihovo porijeklo. To je zato što se kosmičke zrake sastoje od nabijenih čestica, a nabijene čestice koje putuju u međuzvjezdanom prostoru reagiraju na magnetsko polje naše galaksije. Dakle, kada vidite kosmičku zraku visoke energije koja dolazi iz određenog pravca na nebu, zaista nemate pojma odakle je zapravo došla - njegova putanja je bila uvijena i iskrivljena na svom putovanju do Zemlje. Ali umjesto da direktno tražimo kosmičke zrake, možemo potražiti njihove rođake.
Kada kosmičke zrake slučajno udare u oblak međuzvjezdanog plina, mogu emitovati gama zrake, visokoenergetski oblik zračenja. Ovi gama zraci prolaze kroz galaksiju pravolinijski, što nam omogućava da direktno odredimo njihovo porijeklo. Stoga, ako vidimo jak izvor gama zraka, možemo potražiti obližnje izvore PEV kosmičkih zraka.
Također zanimljivo:
- Neutronske zvijezde ostavljaju u naslijeđe zlato i platinu
- Šta pomaže u hlađenju vrućih neutronskih zvijezda?
Ovu metodu koristila je grupa istraživača koristeći HAWC, koji se nalazi na vulkanu Sierra Negra u južnom centralnom Meksiku. HAWC "gleda" u nebo pored rezervoara napunjenih ultra čistom vodom. Kada čestice visoke energije ili radijacija udare u rezervoare, oni emituju bljesak plave svjetlosti, omogućavajući astronomima da prate izvor na nebu.
Detaljno u radu koji je nedavno objavljen u časopisu arXiv, astronomi su identifikovali izvor gama zraka koji premašuje 200 TeV, a koji se mogu proizvesti samo još snažnijim kosmičkim zracima – vrsta kosmičkih zraka koja dostižu PEV skalu. Izvor, nazvan HAWC J1825-134, nalazi se približno prema centru Galaksije. HAWC J1825-134 nam se čini kao svijetla gama-zakrpa osvijetljena nekim nepoznatim izvorom kosmičkih zraka – vjerovatno najmoćnijim poznatim izvorom kosmičkih zraka u Mliječnom putu.
Nekoliko uobičajenih visokoenergetskih sumnjivih izvora kosmičkih zraka nalazi se unutar nekoliko hiljada svjetlosnih godina od HAWC J1825-134, ali nijedan od njih ne može lako objasniti signal. Na primjer, sam galaktički centar je poznati generator intenzivnih kosmičkih zraka, ali je previše daleko od HAWC J1825-134 da bi bio relevantan za ova mjerenja. Postoje neki ostaci supernove, a supernove su nesumnjivo veoma moćne. Ali sve supernove u regionu HAWC J1825-134 eksplodirale su davno – previše davno da bi sada proizvele ove kosmičke zrake visoke energije.
Pulsari – gusti, brzo rotirajući ostaci jezgara masivnih zvijezda – također proizvode velike količine kosmičkih zraka. Ali i oni su previše udaljeni od izvora gama zračenja – energije elektrona i protona koji dolaze iz pulsara – jednostavno nisu dovoljno visoki da putuju hiljadama svjetlosnih godina do mjesta gdje se emituje gama zračenje.
Iznenađujuće, pokazalo se da je izvor ovih rekordnih kosmičkih zraka nitko drugi do džinovski molekularni oblak. Ovi oblaci su džinovska, nespretna stvorenja puna prašine i gasa koja lutaju galaksijom. Ponekad se skupljaju i postaju zvijezde, ali inače mogu ostati mirni i labavi milijardama godina.
Unutar kompleksa oblaka nalazi se jato novorođenih zvijezda, ali se smatra da čak i najsjajnije i najglasnije mlade zvijezde nisu dovoljno moćne da lansiraju takve kosmičke zrake. Sami istraživači priznaju da ne znaju kako ovaj oblak to radi, ali je nekako, kada niko nije obraćao pažnju, generirao neke od najmoćnijih čestica u cijeloj galaksiji.
Pročitajte također:
- Čudan neutralni elektron otkriven je u novom stanju materije
- Pet načina na koje nam umjetna inteligencija može pomoći u istraživanju svemira