Bir gün üç kozmik haberci dünyayı ziyaret etti
Dünyalı sordu: Nereden geldin?
Çok yüksek enerjili kozmik ışınlar , Yüksek enerjili nötrino ile Yüksek enerjili gama ışınları , Bu üç uzaylının kökeni her zaman astropartikül fiziğindeki en büyük gizem olmuştur. Bunlar çok farklı üç gizemli yüksek enerjili parçacıktır, bu nedenle astrofizikçiler onları her zaman bağımsız olarak inceler.
Bununla birlikte, gökbilimciler bu üç tür parçacığı uzay ve yer dedektörlerinden gözlemledikten sonra, enerjilerinin yaklaşık on kat farklı olmasına rağmen, enerji üretim oranlarının karşılaştırılabilir olmasının garip olduğunu keşfettiler. Bu, bulmacayı daha da derinleştiriyor: Bu sadece bir tesadüf mü? Ya da belki, bu onların aynı kaynaktan geldiklerini ima ediyor? Astrofizikçiler Ke Fang (Fang Ke) ve Kohta Murase (Muraze Kong Tai) bu düşünce çizgisi boyunca yeni bir teorik model önerdiler ve üç gizemli yüksek enerjili parçacığın hepsinin Gökada kümelerine gömülü aktif kara delikler . Sonuçlar 22 Ocak 2018'de Nature Physics dergisinde yayınlandı.
Sanatsal hayal gücü: Süper kütleli kara deliklerin ürettiği jetler, üç yüksek enerjili parçacığın doğum yeri olabilir. | Resim kaynağı: JPL-CALTECH / NASA
Daha fazla tartışmadan önce, bu kozmik habercileri kısaca anlayalım:
Son derece yüksek enerjili kozmik ışınlar, bilinen evrendeki en yüksek enerjili atom altı parçacıklardır (çoğu protondur ve bazıları ağır atom çekirdeklerinden oluşur) ve enerjileri Dünya'daki en güçlü parçacık hızlandırıcısından çok daha yüksektir. -Büyük Hadron Çarpıştırıcısı-ne üretilebilir.
Nötrinolar herkesin bildiği gibi gizemlidir ve sıradan maddeyle neredeyse hiç etkileşime girmezler, bu yüzden hayalet parçacıklar olarak adlandırılırlar. Evrenin başlangıcından beri üretildi ve Dünya'daki sıcak yıldızlarda ve nükleer reaktörlerde üretilmeye devam ediyorlar. Yüksek enerjili partnerlerinin enerjisi onlardan on milyarlarca kat daha yüksek ve Antarktika'daki IceCube Neutrino Gözlemevi tarafından tespit edildi (şu anda standart modeldeki üç nötrino türünde yalnızca ikisi tespit edildi. Çocuk tespit edilmedi).
Gama ışınları en yüksek elektromanyetik enerjiye sahiptir Fermi Gama ışını uzay teleskopları ve diğer yer tabanlı gözlemevleri, görünür ışık fotonlarından 100 milyon kat daha yüksek enerjiye sahip yüksek enerjili gama ışınları tespit etmiştir.
Ama nereden ortaya çıktılar? Onların alışılmadık derecede yüksek enerji elde etmelerine hangi mekanizma izin verir? Astrofizikçilerin yıllardır aradıkları cevap budur. Ve bu son makalede, tatmin edici birleşik bir model gördük.
AGN sıradan galaksilerden çok daha parlaktır ve genellikle kara deliklerden, yığılma disklerinden ve jetlerden oluşurlar. | Resim kaynağı: Pearson Education, Inc.
Yarım asırdır gökbilimciler, evrendeki en enerjik parçacıkların sözde " Aktif galaktik çekirdek (AGN) "galaksi. AGN şunlardan oluşur: Süper kütleli kara delik Ve çevreleyen Toplama diski Etraftaki maddeyi sürekli olarak yutacak ve sonunda güçlü bir şekilde üreten bazı süper kütleli kara deliklerden oluşur. Göreli jet Bu jetler, radyo dalgaları biçiminde enerji yayacaklar ve bu, muhtemelen son derece yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağı olacaktır.
Bazı jetlerin kuyruğunda büyük radyo lobları (Radyo lobları) vardır. | Resim kaynağı: NRAO
Yeni modelde jette yüksek enerjili kozmik ışınlar üretilecek, ışık hızına yaklaşacak şekilde hızlandırılacak ve sonunda jet kuyruğundan geçecek. Radyo lobu kaçış. Ardından, bu kaçan yüksek enerjili kozmik ışınlar, AGN'nin bulunduğu galaksi kümesindeki manyetize gaz denizinden geçecek. Bazı kozmik ışınlar gazdan kaçacak ve dünyaya ulaşacaktır. Ancak daha az enerjiye sahip ışınlar, yüz milyonlarca yıl boyunca galaksi kümelerinde hapsolacak. Bu süre boyunca, bu ışınlar gazla etkileşime girecek ve galaksi kümesinden kaçmak için yüksek enerjili nötrinolar ve gama ışınları üretecek. Aynı zamanda, yıldızlararası uzayda çoktan kaçan kozmik ışınlar, arka plan nötrinoları ve gama ışınları üretmek için kozmik mikrodalga arka plan radyasyon fotonlarıyla etkileşime giriyor.
Modelin sanatsal tasviri "multi-messenger" ın lansmanını ortaya koyuyor. Kozmik ışınlar jet tarafından hızlandırılır ve kaçan yüksek enerjili ışınlar, yüksek enerjili nötrinolar ve gama ışınları üretmek için AGN çevresindeki çevre ile etkileşime girer. | Resim kaynağı: Kanoko Horio
Bu modelin spekülasyonuna dayanarak, Fang Ke ve Murase, AGN'den gelen bu kozmik ışınların galaksi kümelerinde ve dış uzayda nasıl yayıldığını simüle etti ve parçacık çarpışmalarının ürettiği nötrino ve gama ışınlarının sayısını hesapladı. Şaşırtıcı bir şekilde, simülasyon sonuçları mevcut gözlemsel verilerle tutarlıydı. Elde ettikleri sonuçlar yalnızca son derece yüksek enerjili kozmik ışınların spektrumunu ve bileşimini açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda yer deneylerinde bulunan bazı açıklanamayan olayları da açıklıyor.
Elbette, bu yüksek enerjili parçacıkları üretmek için başka olası mekanizmalar da var ve IceCube Nötrino Gözlemevi tarafından gözlemlenen düşük enerjili (onlarca giga elektron volt) nötrinolar da dahil olmak üzere bazı yeni bulmacaların açıklanması gerekiyor. .
Bu yeni modelin, galaksi kümeleri ve galaksi kümeleri üzerindeki araştırmaları ve yüksek enerjili kozmik parçacıkların diğer birleşik modellerinin geliştirilmesini teşvik etmesi bekleniyor. Yeni nesil parçacık dedektörleri (IceCube-2, KM3Net, GRAND, yeni nesil gama ışını teleskopu ve Cherenkov teleskop dizisi gibi) modeli kesinlikle doğrulayacaktır.
Makalenin yazarı, "Çok habercili parçacık astrofiziğinin altın çağı yeni başladı. Şimdi, farklı kozmik habercilerden alabileceğimiz tüm bilgiler, yüksek enerjili kozmik parçacıkların fiziğini ortaya çıkarmak ve evrenin derin gizemlerini anlamak için çok önemlidir. . "
Özel teşekkürler: Makalenin ilk yazarı olan Dr. Fang Ke'ye bu makale hakkındaki değerli yorumları için teşekkürler.
Referans kaynağı:
https://www.nature.com/articles/s41567-017-0025-4.pdf
https://www.nature.com/articles/s41567-018-0044-9
https://www.space.com/39475-monster-black-hole-jets-high-cosmic-particles.html
Okuma listesini genişletin:
https://www.altmetric.com/details/32071816/news
