Izbucnirile de raze gamma de la stele îndepărtate, așa cum se arată în ilustrația acestui artist, sunt o posibilă sursă a „particulelor OMG” ultra-puternice care, ocazional, lovesc detectoarele oamenilor de știință de pe Pământ.
(Imagine: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter este un astrofizician la Universitatea de Stat din Ohio și omul de știință al Centrului științific COSI. Sutter este, de asemenea, gazda „Ask a Spaceman” și „Space Radio” și conduce AstroTours în întreaga lume. Sutter a contribuit cu acest articol la Expert Voices: Op-Ed & Insights.
În momentul în care citești acest text, ADN-ul tău este tăiat de gloanțe minuscule și invizibile. Deficienții de daune sunt cunoscuți sub numele de raze cosmice, chiar dacă nu sunt absolut raze - dar numele rămase dintr-o neînțelegere istorică. În schimb, sunt particule: electroni și protoni, mai ales, dar, uneori, lucruri mai grele, cum ar fi heliu sau chiar nuclee de fier.
Aceste particule cosmice prezintă probleme, deoarece a) sunt rapide și, de aceea, au multă energie cinetică de aruncat în jurul și b) sunt încărcate electric. Acest lucru înseamnă că pot ioniza nucleotidele noastre sărace de ADN, distrugându-le și, ocazional, duc la erori de control necontrolabile (aka cancer). ["Superstar" Eta Carinae acționează ca o armă cu raze cosmice Ginorme, dar de ce?]
Ca și cum acest lucru nu ar fi fost destul de rău, din când în când, aproximativ o dată pe kilometru pătrat pe an, o particulă vine să urle în atmosfera noastră superioară, cu o viteză cu adevărat monstruoasă, să bată împotriva unei molecule neplăcute de azot sau oxigen și să cadă într-un duș de particule secundare cu energie mai mică (dar încă mortală, desigur).
Există un singur răspuns adecvat atunci când te confrunți cu o particulă cu un potențial atât de ridicat: „OMG”.
Fastballs
„OMG” a fost porecla dată primului exemplu de ceea ce sunt acum cunoscute sub denumirea de raze cosmice de înaltă energie, detectate în 1991 de detectorul de raze cosmice al lui Fly's Eye de la Universitatea din Utah. Acest singur proton s-a trântit în atmosfera noastră, mergând aproximativ la 99.9999999999999999999999951 la sută viteza luminii. Și nu, toate aceste noi nu sunt doar pentru un efect dramatic pentru a face numărul să pară impresionant - chiar a fost atât de rapid. Această particulă avea aceeași cantitate de energie cinetică ca un baseball aruncat în mod decent ... comprimat într-un obiect de dimensiunea unui proton.
Asta înseamnă că această particulă a avut de peste 10 milioane de ori mai multă energie decât ceea ce poate produce cel mai puternic colizor de particule, LHC. Datorită dilatării relativiste a timpului, la această viteză, particula OMG ar putea călători la cea mai apropiată stea vecină, Proxima Centauri, în 0,43 milisecunde din timpul particulei. Ar putea continua până la miezul nostru galactic până când ai terminat de citit această propoziție (din propria sa perspectivă).
OMG, într-adevăr.
De la depistarea acestei particule, am continuat să urmărim cerul pentru aceste evenimente extreme, folosind telescoape și detectoare specializate din întreaga lume. Toate spus, am înregistrat în jur de o sută de particule din clasa OMG în ultimele decenii.
Aceste câteva zeci de exemple elucidează și aprofundează misterele originilor lor. Mai multe date sunt întotdeauna bune, dar ce naiba din universul nostru este suficient de puternic pentru a oferi unui proton o fisură suficient de bună pe care ar putea să-o provoace aproape - aproape - într-o rasă?
Knuckleballs
Pentru a accelera o particulă încărcată la viteze nebunești, ai nevoie de două ingrediente cheie: multă energie și un câmp magnetic. Câmpul magnetic lucrează pentru a transfera către particule orice energie este la evenimentul dvs. (să zicem, energia cinetică explozivă a unei explozii de supernova sau tracțiunea gravitațională învolburată în timp ce materia cade spre o gaură neagră). Fizica detaliată este, în mod natural, incredibil de complicată și nu este foarte bine înțeleasă. Locurile de naștere ale razelor cosmice sunt îngrozitor de complicate și localizate în regiuni extreme ale universului nostru, așa că o imagine fizică completă va fi greu de găsit.
Însă putem face în continuare câteva idei educate despre care provin exemple extreme precum prietenul nostru, particula OMG. Prima noastră presupunere ar putea fi supernovele, moartea titanică a stelelor masive. Campuri magnetice? Verifica. Multă energie? Verifica. Dar nu destulă energie pentru a face trucul. Detonarea stelară din soiul dvs. de grădină nu are suficient de mult oomph brut pentru a scuipa particule la viteza pe care o considerăm.
Ce urmeaza? Nucleii galactici activi sunt concurenți puternici. Aceste nuclee sunt create pe măsură ce materia se învârte spre doomnul său în jurul unei găuri negre supermasive situată în centrul unei galaxii; acel material se comprimă și se încălzește, formând un disc de acumulare în momentele sale finale. Acest infern răsucitor generează câmpuri magnetice intense din acțiuni dinamice, formând amestecul puternic de ingrediente necesare pentru a adăuga unele cai putere grave particulelor evacuate.
Cu excepția (și știai că va exista un „excepție”), nucleele galactice active sunt prea departe pentru a produce raze cosmice care ajung pe Pământ. La viteza ludică a unei raze cosmice cu energie ultra-înaltă, traversarea prin cosmos este mai mult ca și cum ai încerca să arunci prin viscol. Acest lucru se datorează faptului că la aceste viteze fundalul microundelor cosmice - potopul fotonilor cu consum redus de energie rămasă din universul foarte timpuriu - apare foarte intens spre energii mai mari. Deci, acea lumină de înaltă intensitate aruncă și trage la raza cosmică călătoare, încetinind și în cele din urmă oprirea acesteia.
Astfel, nu ar trebui să ne așteptăm ca cele mai puternice raze cosmice să călătorească cu mai mult de o sută de milioane de ani-lumină sau cam așa ceva - și majoritatea nucleelor galactice active sunt mult, mult mai departe de noi decât atât.
Curveballs
Timp de ceva timp, un principal suspect al generației OMG a fost Centaurus A, un nucleu galactic activ relativ apropiat, care se află undeva între 10 milioane și 16 milioane de ani lumină. Puternic, magnetic și apropiat - combo perfect. Dar, în timp ce unele sondaje au arătat că razele cosmice pot proveni din direcția sa generală, nu a existat niciodată o corelație suficient de clară pentru a muta acea galaxie de la suspect la condamnat. [O privire profundă la Centaurusul cel mai ciudat Galaxy A]
O parte a problemei este că câmpul magnetic propriu al Calea Lactee modifică subtil traiectoria razelor cosmice care intră, deghizând direcțiile lor originale. Deci, pentru a reconstrui sursa unei raze cosmice, aveți nevoie și de modele pentru rezistența și direcțiile câmpului magnetic al galaxiei noastre - ceva pe care nu avem exact un mâner complet.
Dacă generatorul OMG nu este Centaurus A de la sine, atunci poate este vorba de galaxiile Seyfert, o anumită subclasă galactică de nuclei galactici activi în general mai slabi, dar, în general, mai slabi (dar încă strălucitori și puternici). Dar, din nou, cu nici măcar o sută de eșantioane pe care să le extragem, este greu să se stabilească o riguroasă determinare statistică.
Poate este vorba de explozii de raze gamma, gândite să emane de la capătul particular cataclismic la unele dintre cele mai extreme stele. Înțelegerea noastră despre fizica acelei situații este (poți să-l crezi?) Un fel de schiță.
Poate că este ceva mai exotic, cum ar fi defecte topologice din primele momente ale Big Bang-ului sau unele interacțiuni funky în materie întunecată. Poate că greșim fizica și calculele noastre de distanță nu sunt corecte. Poate, poate, poate ...
Adevăratele origini ale acestor particule „OMG” ultraenergetice sunt greu de identificat și, în ciuda istoriei de detectare de aproape 30 de ani, nu avem o mulțime de răspunsuri ferme. Ceea ce este în regulă - este bine să rămână cel puțin câteva mistere în univers. Astrofizicienii ar putea folosi și o anumită securitate a locurilor de muncă.
Aflați mai multe ascultând episodul de pe podcastul „Ask A Spaceman”, disponibil pe iTunes și pe web la adresa http://www.askaspaceman.com. Mulțumim lui hchrissscottt pentru întrebările care au dus la această piesă! Puneți-vă propria întrebare pe Twitter folosind #AskASpaceman sau urmând Paul @PaulMattSutter și facebook.com/PaulMattSutter. Urmăriți-ne @Spacedotcom, Facebook și Google+. Articol original pe Space.com.
