Вибухи гамма-променів від далеких зірок, як показано на ілюстрації цього художника, є одним із можливих джерел надпотужних "частинок OMG", які періодично потрапляють на вчені детектори на Землю.
(Зображення: © NASA / SkyWorks Digital)
Пол Саттер - астрофізик Державного університету штату Огайо і головний науковий співробітник наукового центру COSI. Саттер також є ведучим "Запитай космонавта" та "Космічного радіо", а також веде AstroTours по всьому світу. Саттер додав цю статтю до голосів експертів Space.com: Op-Ed & Insights.
Ось зараз, читаючи цей самий текст, ваша ДНК розсипається крихітними невидимими кулями. Торговці збитків відомі як космічні промені, хоча вони абсолютно не промені - але назва затрималася від історичного непорозуміння. Натомість це частинки: здебільшого електрони та протони, але іноді важчі речі, як гелій або навіть залізні ядра.
Ці космічні частинки викликають неприємності, тому що: а) вони швидкі, і тому мають багато кінетичної енергії, щоб кидатись навколо, і б) вони електрично заряджаються. Це означає, що вони можуть іонізувати наші бідні нуклеотиди ДНК, розриваючи їх назовні та інколи призводячи до неконтрольованих помилок реплікації (ака, раку). ["Superstar" Eta Carinae діє як велика космічна зброя, але навіщо?]
Наче це було недостатньо погано, раз у раз, приблизно раз на квадратний кілометр на рік, частинка приходить кричить у нашу верхню атмосферу з по-справжньому жахливою швидкістю, вдаряючись об нещасливу молекулу азоту чи кисню і каскадуючи в душ вторинні частинки з низькою енергією (але все-таки смертельно небезпечні).
Лише одна відповідна відповідь, зіткнувшись з частинкою такого непристойного потенціалу: "OMG".
Фастболи
"OMG" - це прізвисько, яке було дано першому прикладу того, що зараз відомі як космічні промені ультрависоких енергій, виявлених у 1991 р. Детектором космічних променів Університету штату Юта в штаті Юта. Цей єдиний протон врізався в нашу атмосферу, виходячи приблизно на 99,9999999999999999999995151 відсоток швидкості світла. І ні, всі ці дев'ятки не просто для драматичного ефекту, щоб зробити номер виглядати вражаючим - це було дійсно так швидко. Ця частинка мала таку саму кількість кінетичної енергії, як і пристойно кинутий бейсбол ... стиснута в предмет розміром з протон.
Це означає, що ця частинка мала в 10 мільйонів разів більше енергії, ніж те, що може виробляти наш найпотужніший колайдер частинок - LHC. Через релятивістський розширення часу, з такою швидкістю, частинка OMG могла подорожувати до найближчої зірки, Проксіми Кентаври, за 0,43 мілісекунди власного часу частинки. Він може продовжуватися до нашого галактичного ядра до того часу, коли ви закінчите читати це речення (з його власної точки зору).
Дійсно, OMG.
З моменту виявлення цієї частинки ми продовжували спостерігати за небом за цими надзвичайними подіями, використовуючи спеціалізовані телескопи та детектори по всьому світу. За всіма словами, за останні кілька десятиліть ми зафіксували близько сотні частинок класу OMG.
Ці кілька десятків прикладів і з’ясовують, і поглиблюють таємниці їх походження. Більше даних завжди добре, але що, до біса у нашому Всесвіті, є досить потужним, щоб дати протону достатньо хороший тріск, який міг би майже - майже - кинути виклик світлу для гонки?
Рукавички
Щоб прискорити заряджену частинку до божевільних швидкостей, вам потрібні два ключові інгредієнти: багато енергії та магнітне поле. Магнітне поле виконує роботу з передачею частинки незалежно від енергії (скажімо, вибухонебезпечна кінетична енергія вибуху наднової або закручене гравітаційне тягнення, коли матерія падає до чорної діри). Детальна фізика, природно, неймовірно складна і не дуже добре зрозуміла. Місця народження космічних променів страшенно складні і розташовані в крайніх регіонах нашого Всесвіту, тому повну фізичну картину складно скласти.
Але ми все ще можемо зробити декілька освічених здогадок про те, звідки беруться такі екстремальні приклади, як наш друг, частинка OMG. Нашою першою здогадкою можуть бути супернови, титанічні загибелі масивних зірок. Магнітні поля? Перевірити. Багато енергії? Перевірити. Але недостатньо енергії, щоб зробити трюк. Зоряної детонації вашого садового сорту просто не вистачає сирого омфа, щоб виплюнути частинки зі швидкістю, яку ми розглядаємо.
Що далі? Активні ядра галактики є сильними суперниками. Ці ядра створені як матерія, що закручується до своєї приреченості навколо надмасивної чорної діри, розташованої в центрі галактики; цей матеріал стискається і нагрівається, утворюючи накопичувальний диск в останні його моменти. Це скручування інферно генерує інтенсивні магнітні поля від динамо-дії, утворюючи потужну суміш інгредієнтів, необхідних для додавання серйозних кінських сил до викинутих частинок.
За винятком (і ви знали, що буде "крім"), активні ядра галактики занадто далеко, щоб виробляти космічні промені, які досягають Землі. З глузливою швидкістю космічного проміння надвисокої енергії, круїз по Космосу більше схожий на спробу орати через хуртовину. Це тому, що при таких швидкостях космічний мікрохвильовий фон - потоп низько енергетичних фотонів, що залишилися від самого раннього Всесвіту - виявляється сильно зміненим у бік вищих енергій. Отже, світло високої інтенсивності лунає і пропливає по космосу, що подорожує, сповільнюючи і врешті зупиняючи його.
Таким чином, ми не повинні сподіватися, що найпотужніші космічні промені будуть подорожувати будь-які далі, ніж сто мільйонів світлових років або близько того, - і більшість активних галактичних ядер знаходяться набагато, набагато далі від нас.
Криві кульки
Довгий час головним підозрюваним у поколінні OMG був Кентавр А, відносно неподалік активне галактичне ядро, яке знаходиться десь від 10 до 16 мільйонів світлових років. Потужний, магнітний і близький - ідеальне комбо. Але хоча деякі опитування натякають, що космічні промені можуть надходити з його загального напрямку, ніколи не було достатньо чіткої кореляції, щоб перемогти цю галактику від підозрюваного до засудженого. [Глибокий погляд на дивну галактику Кентавра A]
Частина проблеми полягає в тому, що власне магнітне поле Чумацького Шляху тонко змінює траєкторію вхідних космічних променів, маскуючи їх початкові напрямки. Отже, для реконструкції джерела космічного променя вам також потрібні моделі для сили та напрямків магнітного поля нашої галактики - те, що ми точно не маємо повною ручкою.
Якщо генератор OMG сам по собі не є Кентавром А, то, можливо, це галактики Сейферта, певний галактичний підклас загалом ближчих, як правило, більш слабких (але все ще шалено яскравих і сильних) активних галактичних ядер. Але знову ж таки, не маючи навіть сотні зразків, важко зробити суворе статистичне визначення.
Можливо, це сплески гамма-променів, які, як вважається, випливають із своєрідного катаклізму в кінці одних з найбільш екстремальних зірок. Але наше розуміння фізики тієї ситуації є (ви можете повірити в це) начебто схематичним.
Можливо, це щось більш екзотичне, як топологічні дефекти найдавніших моментів Великого вибуху або якісь прикольні взаємодії всередині темної матерії. Можливо, ми помиляємось з фізикою, і наші розрахунки граничної відстані не є точними. Може, може, може, може…
Справжні витоки цих ультраенергетичних частинок "OMG" важко визначити, і, незважаючи на майже 30-річну історію виявлення, ми не маємо багато надійних відповідей. Що добре - добре, щоб у Всесвіті залишилися хоча б якісь загадки. Астрофізики могли б також використовувати певну безпеку роботи.
Дізнайтеся більше, прослухавши епізод у подкасті "Запитай космонавта", доступному в iTunes та в Інтернеті на веб-сайті http://www.askaspaceman.com. Дякуємо hchrissscottt за запитання, які призвели до цього твору! Задайте власне запитання у Twitter за допомогою #AskASpaceman або, дотримуючись Пола @PaulMattSutter та facebook.com/PaulMattSutter. Слідкуйте за нами @Spacedotcom, Facebook та Google+. Оригінальна стаття на Space.com.
