Nowe badania sugerują, że skrajnie wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne czerpie swoją energię z turbulencji magnetycznych.
Skrajnie wysokoenergetyczne promieniowanie kosmiczne, które powstaje w ekstremalnych środowiskach astrofizycznych – takich jak wirujące środowiska w pobliżu czarnych dziur i gwiazd neutronowych – mają znacznie więcej energii niż energetyczne cząstki, które powstają z naszego Słońca. W rzeczywistości cząstki tworzące te strumienie energii mają około 10 milionów razy większą energię niż cząstki przyspieszane w najbardziej ekstremalnym środowisku cząstek na Ziemi, w stworzonym przez człowieka Wielkim Zderzaczu Hadronów.
Skąd pochodzi cała ta energia? Przez wiele lat naukowcy uważali, że pochodzi ona ze wstrząsów, które występują w ekstremalnych środowiskach astrofizycznych – na przykład, gdy gwiazda eksploduje przed utworzeniem czarnej dziury, powodując ogromną eksplozję, która wyrzuca cząsteczki.
Teoria ta była prawdopodobna, ale zgodnie z nowymi badaniami opublikowanymi w The Astronomical Journal Letters, obserwacje są lepiej wyjaśnione przez inny mechanizm. Naukowcy odkryli, że źródłem energii promieniowania kosmicznego są raczej turbulencje magnetyczne. Autorzy artykułu odkryli, że pola magnetyczne tych środowiskach plączą się i wirują, gwałtownie przyspieszając cząstki i gwałtownie zwiększając ich energię aż do nagłego odcięcia.
Odkrycia te pomagają rozwiązać odwieczne pytania, które są bardzo interesujące zarówno dla astrofizyków, jak i fizyków cząstek elementarnych, dotyczące tego, w jaki sposób to promieniowanie kosmiczne uzyskuje swoją energię – powiedział Luca Comisso, pracownik naukowy Columbia Astrophysics Lab i jeden z autorów artykułu.
Artykuł uzupełnia ostatnie badania opublikowane przez Comisso i współpracowników na temat energetycznych cząstek Słońca, które również odkryli, że powstają z pól magnetycznych w koronie słonecznej. W artykule Comisso i jego współpracownicy odkryli sposoby lepszego przewidywania, gdzie pojawią się te energetyczne cząstki.
Promieniowanie kosmiczne o skrajnie wysokiej energii jest o rzędy wielkości silniejsze niż energetyczne cząstki słoneczne: mogą one osiągać do 1020 elektronowoltów, podczas gdy cząstki pochodzące ze Słońca mogą osiągać do 1010 elektronowoltów, co stanowi różnicę 10 rzędów wielkości. (Aby dać wyobrażenie o tej ogromnej różnicy w skali, rozważ różnicę w wadze między ziarnkiem ryżu o masie około 0,05 grama a 500-tonowym Airbusem A380, największym samolotem pasażerskim na świecie). Interesujące jest to, że te dwa skrajnie różne środowiska mają coś wspólnego: ich pola magnetyczne są bardzo splątane, a ta splątana natura ma kluczowe znaczenie dla energetyzowania cząstek – powiedział Comisso.
Co ciekawe, dane dotyczące promieniowania kosmicznego o skrajnie wysokiej energii wyraźnie preferują przewidywania turbulencji magnetycznych nad przewidywaniami przyspieszenia uderzeniowego. To prawdziwy przełom w tej dziedzinie – powiedział Glennys R. Farrar, autor artykułu i profesor na Uniwersytecie Nowojorskim.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Columbia University
