Ve vlně mediálních zpráv nejnovější studie provedené vesmírným dalekohledem NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope osvětlují svět částicové astrofyziky zprávou o tom, jak by supernovy mohly být progenitorem kosmických paprsků. Zbytek jsou elektrony a atomová jádra. Když se setkají s magnetickým polem, jejich cesty se změní jako nárazník v zábavním parku - ale není nic zábavného o tom, že neznají jejich původ. Nyní se vyplatily čtyři roky tvrdé práce vědců v Ústavu Kavli pro částečnou astrofyziku a kosmologii na národní laboratoři Accelerator SLAC (DOE) SLAC. Existují důkazy o tom, jak se rodí kosmické paprsky.
"Energie těchto protonů jsou daleko za hranicí toho, co dokážou vyrobit nejsilnější srážky částic na Zemi," uvedl Stefan Funk, astrofyzik Institutu Kavli a Stanfordské univerzity, který analýzu provedl. "V minulém století jsme se hodně dozvěděli o kosmických paprscích, když sem dorazili." Dokonce jsme měli silné podezření o zdroji jejich zrychlení, ale neměli jsme jednoznačné důkazy, abychom je mohli donedávna podpořit. “
Až dosud vědci nechápali některé podrobnosti - například to, jaké atomové částice by mohly být zodpovědné za emise z mezihvězdného plynu. Aby pomohli svému výzkumu, podrobně se podívali na pár zbytků supernovy emitujících gama záření - známý jako IC 443 a W44. Proč ten rozpor? V tomto případě gama paprsky sdílejí podobné energie s protony a elektrony kosmického paprsku. Aby je od sebe oddělili, odhalili vědci neutrální pion, produkt protonů kosmického záření dopadajících na normální protony. Když se to stane, pion se rychle rozpadne na sadu gama paprsků, zanechávající pokles podpisu - ten, který poskytuje důkaz ve formě protonů. Protony, vytvořené v procesu známém jako Fermiho zrychlení, zůstávají v zajetí v rychle se pohybující přední části supernovy a nejsou ovlivněny magnetickými poli. Díky této vlastnosti je astronomové mohli vystopovat přímo zpět k jejich zdroji.
"Objev je kouřící zbraň, že tyto dva zbytky supernovy produkují zrychlené protony," řekl vedoucí výzkumník Stefan Funk, astrofyzik v Kavli Institutu pro částicovou astrofyziku a kosmologii na Stanfordské univerzitě v Kalifornii. "Nyní můžeme pracovat na tom, abychom lépe porozuměli tomu, jak tento výkon řídí, a určili, zda je tento proces společný pro všechny zbytky, kde vidíme emise gama záření."
Jsou to malíři? Betcha. Pokaždé, když částice projde přední stranou nárazu, získá o 1% vyšší rychlost - nakonec dost, aby se uvolnila jako kosmický paprsek. "Astronauti dokumentovali, že ve skutečnosti vidí záblesky světla spojené s kosmickými paprsky," poznamenal Funk. "Je to jeden z důvodů, proč obdivuji jejich statečnost - prostředí venku je opravdu dost těžké." Funk dodal, že dalším krokem v tomto výzkumu je pochopení přesných podrobností mechanismu zrychlení a také maximálních energií, ke kterým mohou zbytky supernovy urychlit protony.
Studie však nekončí. Další důkazy o tom, že zbytky supernov působí jako urychlovače částic, se objevily při pečlivé pozorovací analýze srbského astronoma Sladjany Nikolické (Institut Maxe Plancka pro astronomii). Podívali se na složení světla. Nikolic vysvětluje: „Je to poprvé, kdy jsme se mohli podrobně podívat na mikrofyziku v a kolem šokové oblasti. Přímo před šokem jsme našli důkaz pro prekurzorovou oblast, která je považována za předpoklad výroby kosmického paprsku. Také oblast předchůdce se zahřívá tak, jak by se dalo očekávat, kdyby protony odnášely energii z oblasti přímo za šokem. “
Nikolic a její kolegové použili spektrograf VIMOS na velmi velkém dalekohledu Evropské jižní observatoře v Chile, aby pozorovali a dokumentovali krátkou část šokové fronty supernovy SN 1006. Tato nová technika je známá jako integrální polní spektroskopie - první proces což umožňuje astronomům důkladně prozkoumat složení světla ze zbytku supernovy. Kevin Heng z Bernské univerzity, jeden z školitelů Nikolicovy doktorské práce, říká: „Jsme velmi hrdí na to, že se nám podařilo použít integrovanou polní spektroskopii poněkud neortodoxním způsobem, protože se obvykle používá pro studium galaxie s vysokým červeným posunem. Tím jsme dosáhli úrovně přesnosti, která daleko přesahuje všechny předchozí studie. “
Je opravdu zajímavé, když se blíže podíváme na zbytky supernov - zejména s ohledem na kosmické paprsky. Jak Nikolic vysvětluje: „Byl to pilotní projekt. Emise pozorované ze zbytku supernovy jsou velmi, velmi slabé ve srovnání s obvyklými cílovými objekty pro tento typ přístroje. Nyní, když víme, co je možné, je opravdu vzrušující přemýšlet o navazujících projektech. “ Glenn van de Ven z Astronomického institutu Maxe Plancka, dalšího spoluřešitele Nikolic a odborníka na integrální terénní spektroskopii, dodává: „Tento druh nového observačního přístupu by mohl být klíčem k vyřešení hádanky o tom, jak se vytvářejí kosmické paprsky v zbytky supernovy. “
Ředitel Kavli Institutu Roger Blandford, který se podílel na analýze Fermi, řekl: „Je vhodné, že tak jasná demonstrace zobrazující zbytky supernov urychluje kosmické paprsky, když jsme oslavili 100. výročí jejich objevu. Přináší domů, jak rychle se naše možnosti objevování vyvíjejí. “
Původní zdroje příběhů a další čtení: Nový přístup v honbě za urychlovačem kosmických částic, Fermi Proves Supernova, zbytky společnosti NASA, produkují kosmické paprsky a důkaz: Kosmické paprsky pocházejí z explodujících hvězd.
