Изблиците на гама-лъчи от далечни звезди, както е показано на илюстрацията на този художник, са един възможен източник на свръхмощните "OMG частици", които понякога удрят детекторите на учени на Земята.
(Изображение: © NASA / SkyWorks Digital)
Пол Сътър е астрофизик в Държавния университет в Охайо и главен учен в научния център COSI. Sutter е домакин на „Попитай космика“ и „Космическо радио“ и води AstroTours по целия свят. Sutter допринесе тази статия за експертните гласове на Space.com: Op-Ed & Insights.
В момента, докато четете този много текст, вашата ДНК се разрязва от малки, невидими куршуми. Дилърите на щетите са известни като космически лъчи, въпреки че абсолютно не са лъчи - но името остана от историческо недоразумение. Вместо това те са частици: най-вече електрони и протони, но понякога по-тежки неща като хелий или дори железни ядра.
Тези космически частици са проблем, защото а) те са бързи и затова имат много кинетична енергия, за да се хвърлят наоколо и б) те са електрически заредени. Това означава, че те могат да йонизират бедните ни нуклеотиди на ДНК, разкъсвайки ги и понякога водят до неконтролируеми грешки в репликацията (известен още като рак). ["Superstar" Eta Carinae действа като великолепен космически лъч, но защо?]
Сякаш това не е достатъчно лошо, всеки път от време на време, приблизително веднъж на квадратен километър годишно, частица идва да крещи в горната ни атмосфера с наистина чудовищна скорост, удряйки се в нещастна молекула на азот или кислород и каскадирайки в душ от ниско енергийни (но все още смъртоносни, разбира се) вторични частици.
Има само един подходящ отговор, когато се сблъскате с частица с такъв нелеп потенциал: „OMG“.
Fastballs
"OMG" беше прозвището, дадено на първия пример за онези, които сега са известни като свръхвисоки енергийни космически лъчи, открити през 1991 г. от детектора за космически лъчи на Университета на щата Юта. Този един протон се блъсна в атмосферата ни, достигайки приблизително 99,9999999999999999999995151 процента от скоростта на светлината. И не, всички тези деветки не са само за драматичен ефект, за да направят номера да изглежда впечатляващ - наистина беше толкова бързо. Тази частица имаше същото количество кинетична енергия като прилично хвърления бейзбол ... компресиран в обект с големина на протона.
Това означава, че тази частица е имала над 10 милиона пъти повече енергия от това, което може да произведе най-мощният ни сблъсък на частици, LHC. Поради релативисткото разширяване на времето, с тази скорост частицата OMG може да пътува до най-близката ни съседна звезда Проксима Кентавър за 0,43 милисекунди от собственото време на частицата. Тя може да продължи към нашето галактическо ядро до момента, в който сте прочели това изречение (от собствената му гледна точка).
OMG, наистина.
След откриването на тази частица, ние продължихме да наблюдаваме небето за тези екстремни събития, използвайки специализирани телескопи и детектори по целия свят. Всичко казано, през последните няколко десетилетия сме записали около сто частици от клас OMG.
Тези няколко десетки примера изясняват и задълбочават мистериите на техния произход. Повече данни винаги са добри, но какво по дяволите в нашата Вселена е достатъчно мощно, за да даде на протона достатъчно добра пукнатина, която може почти - почти - да предизвика светлината сама на състезание?
Knuckleballs
За да ускорите заредената частица до безумни скорости, се нуждаете от две ключови съставки: много енергия и магнитно поле. Магнитното поле върши работата по прехвърлянето на частицата каквито и да са енергии във вашия случай (да речем, експлозивната кинетична енергия на взрив на свръхнова или въртеливото гравитационно дърпане, когато материята пада към черна дупка). Детайлната физика е, естествено, невероятно сложна и не много добре разбрана. Родните места на космическите лъчи са страшно сложни и са разположени в крайни райони на нашата Вселена, така че пълна физическа картина ще бъде трудно да се постигне.
Но все пак можем да направим някои образовани предположения откъде идват екстремни примери като нашия приятел, частицата OMG. Първото ни предположение може да е свръхнове, титаничната смърт на масивни звезди. Магнитни полета? Проверете. Много енергия? Проверете. Но не е достатъчно енергия, за да извърши трика. Звездната ви детонация от сортови градини просто няма достатъчно сурова омфа, за да изплюе частици със скоростта, която обмисляме.
Какво следва? Активните галактически ядра са силни съперници. Тези ядра са създадени като материята се върти към своята гибел около свръхмасивна черна дупка, разположена в центъра на галактика; този материал се компресира и загрява, образувайки акредиращ диск в последните му моменти. Това усукване на инферно генерира интензивни магнитни полета от динамовите действия, образувайки мощната смес от съставки, необходими за добавяне на някои сериозни конски сили към изхвърлените частици.
Освен (и знаехте, че ще има „освен“), активните галактически ядра са твърде далеч, за да произвеждат космически лъчи, които достигат до Земята. При нелепите скорости на свръхвисоки енергийни космически лъчи, круизът през Космоса е по-скоро като опит да се орее през виелица. Това е така, защото при тези скорости космическият микровълнов фон - потопът от нискоенергийни фотони, останали от най-ранната вселена - изглежда силно изместен към по-високи енергии. И така, тази светлина с висока интензивност присвива и се полюлява на пътуващия космически лъч, забавяйки го и в крайна сметка го спира.
По този начин не бива да очакваме, че най-мощните космически лъчи ще пътуват на по-далеч от сто милиона светлинни години или така - и повечето от активните галактически ядра са много, много по-далеч от нас.
Curveballs
От доста време основен заподозрян за поколението на OMG беше Кентавър А, сравнително наблизо активно галактическо ядро, което се намира на разстояние между 10 и 16 милиона светлинни години. Мощен, магнетичен и близък - перфектното комбо. Но докато някои проучвания намекват, че космическите лъчи могат да дойдат от общата му посока, никога не е имало достатъчно ясна връзка, която да преодолее тази галактика от заподозрян до осъден. [Дълбок поглед към странния галактик Кентавър A]
Част от проблема е, че собственото магнитно поле на Млечния път тънко променя траекторията на входящите космически лъчи, прикривайки първоначалните им посоки. Така че, за да реконструирате източника на космически лъч, също се нуждаете от модели за силата и посоките на магнитното поле на нашата галактика - нещо, което не разполагаме с пълна дръжка.
Ако генераторът на OMG сам по себе си не е Кентавър А, може би това са галактиките Сейферт, определен галактически подклас като цяло по-близки, като цяло по-слаби (но все още безумно ярки и силни) активни галактически ядра. Но отново, без дори сто извадки да се използват, е трудно да се направи строго статистическо определяне.
Може би това е избухване на гама-лъчи, за което се смята, че произтича от особения катаклизмен край на едни от най-екстремните звезди. Но нашето разбиране за физиката на тази ситуация е (можете ли да повярвате?) Някак е схематично.
Може би това е нещо по-екзотично, като топологични дефекти от най-ранните моменти на Големия взрив или някои забавни взаимодействия в тъмната материя. Може би грешим с физиката и нашите изчисления на разстоянието не са точни. Може би, може би, може би ...
Истинският произход на тези свръх високоенергийни "OMG" частици е труден за определяне и въпреки почти 30-годишната история на откриване, нямаме много категорични отговори. Което е наред - добре е във Вселената да останат поне някои мистерии. Астрофизиците също биха могли да използват някаква сигурност за работа.
Научете повече, като слушате епизода от подкаста „Попитай космонавта“, достъпен в iTunes и в мрежата на http://www.askaspaceman.com. Благодаря на hchrissscottt за въпросите, довели до това парче! Задайте собствения си въпрос в Twitter, като използвате #AskASpaceman или като следвате Пол @PaulMattSutter и facebook.com/PaulMattSutter. Следвайте ни @Spacedotcom, Facebook и Google+. Оригинална статия на Space.com.
