Riešenie záhady kozmického žiarenia

  • Marcel Škreka | 31 Marec 2021
    Stelárna astronómia
Infračervený obraz prachových mračien v hmlovine Cocoon, ktorý zhotovil Spitzerov vesmírny ďalekohľad. Farby od zelenej k žltej až červenej označujú oblasti vyžarovania gama žiarenia, v ktorých môžu vznikať kozmické lúče. Obrázok: TeV: Binita Hona (spolupráca HAWC), IR: Hora et. al, Spitzer’s Growing Legacy, ASP Conference Series, 2010, P. Ogle, ed.
Ako je všeobecne známe, vysokoenergetické kozmické žiarenie je produkované pri výbuchoch supernov. Po dlhej ceste vesmírom narážajú kozmické lúče rýchlosťou svetla na molekuly vzduchu v zemskej atmosfére. Pri tejto interakcii vznikajú kaskádové spŕšky rôznych druhov častíc.

Ukázalo sa však, že výbuchy supernov negenerujú pozorované vysokoenergetické žiarenie gama dosahujúce hodnoty rádovo v PeV (Petaelektrónvolt = 1015 eV). Nový výskum naznačuje, že namiesto supernov sú za takto vysoké energie zodpovedné husté hviezdokopy obsahujúce hviezdy typu O a B.

Predpokladá sa, že kozmické lúče s energiou pod 1 PeV pochádzajú z našej Galaxie. Zostáva však otázka, aké urýchľovače ich môžu produkovať?

Hviezdokopy zložené z hviezd zrodených následkom výbuchov supernov môžu obsahovať masívne hviezdy typu O a B, ktoré sú po stovkách natesnané v oblastiach s priemerom menším ako 108 ly (svetelných rokov).

Hviezdy spektrálneho typu O sú najhmotnejšie. Pri vzájomnej interakcii ich hviezdnych vetrov vznikajú rázové vlny, v ktorých dochádza k akcelerácii častíc.

Kozmické lúče vytvorené pri výbuchoch supernov nemôžu dosiahnuť najextrémnejšie pozorované energie. Silné magnetické polia v hviezdokopách by to ale mohli dokázať.

Zvyšky supernov môžu urýchľovať kozmické lúče na vysoké energie. Nemajú však oblasti, v ktorých by sa častice mohli urýchľovať dostatočne dlho, aby tak dosiahli ešte väčšie energie, ako je tomu u hviezdokôp.

Výskum publikovaný v dvoch prácach vo vedeckých časopisoch Nature Astronomy a Astrophysical Journal Letters je založený na 1343 dňoch meraní pomocou observatória HAWC (High-Altitude Water Cherenkov) v Mexiku. Fyzici na HAWC sledujú kozmické lúče meraním sekundárnych spŕšok častíc generovaných pri interakcii gama lúčov hlbokého vesmíru so zemskou atmosférou.

Zariadenie na HAWC umožňuje zmerať aj náboje sekundárnych častíc v spŕške. Informácie o náboji kombinované s časom zachytenia častíc pomáhajú rekonštruovať aké vlastnosti mali pôvodné lúče gama.

Vedci na HAWC sa chystajú spolupracovať s Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO), ktoré plánuje pátrať po ďalších potenciálnych hviezdokopách na južnej oblohe.