• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Astrofysiker förklarar kosmiska strålars mystiska beteende

    Röntgen- och gammastrålningsbubblor i Vintergatan. Upphovsman:NASA

    Ett team av forskare från Ryssland och Kina har utvecklat en modell som förklarar karaktären hos kosmiska strålar med hög energi i vår galax. Dessa CR:er har energier som överstiger de som produceras av supernovaexplosioner med en eller två storleksordningar. Modellen fokuserar främst på den senaste upptäckten av gigantiska strukturer som kallas Fermi -bubblor.

    Ett av de viktigaste problemen i teorin om kosmiska strålars ursprung, som består av högenergiprotoner och atomkärnor, är deras accelerationsmekanism. Frågan togs upp av Vitaly Ginzburg och Sergei Syrovatsky på 1960 -talet när de föreslog att CR genereras under supernova (SN) -explosioner i galaxen. En specifik mekanism för laddad partikelacceleration av SN -chockvågor föreslogs av Germogen Krymsky och andra 1977. På grund av chockernas begränsade livslängd, det uppskattas att den maximala energin för de accelererade partiklarna inte kan överstiga 10 14 -10 15 eV.

    Förklara partiklarnas natur med energier över 10 15 eV är nyckeln. Ett stort genombrott när det gäller att undersöka accelerationsprocesser för sådana partiklar kom när Fermi Gamma Ray rymdteleskop detekterade två gigantiska strukturer som avger strålning i gammastrålningsbandet i galaxens centrala område i november 2010. Strukturerna är långsträckta och symmetriskt belägna i det galaktiska planet vinkelrätt mot dess centrum, förlänger 50, 000 ljusår, eller ungefär hälften av diametern på Vintergatans skiva. Dessa strukturer blev kända som Fermi bubblor. Senare, Planck -teleskoplaget upptäckte deras utsläpp i mikrovågsbandet.

    Spektraldiagram över kosmiska strålar som detekteras på jorden (horisontell axel representerar energi i eV, vertikal axel representerar CR-ljusstyrkan i eV × m-2 × s-1 × sr-1). Prickar indikerar observerade data; den svarta heldragna linjen är det spektrum som beräknas i modellen. Kredit:Moscow Institute of Physics and Technology

    Fermibubblornas art är fortfarande oklart, men platsen för dessa objekt indikerar deras koppling till tidigare eller nuvarande aktivitet i galaxens centrum, där ett centralt svart hål på 10 6 solmassor tros finnas. Moderna modeller relaterar bubblorna till stjärnbildning och/eller en energilösning i det galaktiska centrumet som ett resultat av tidvattenstörningar av stjärnor under deras tillträde till ett centralt svart hål. Liknande strukturer kan detekteras i andra galaktiska system med aktiva kärnor.

    Dmitry Chernyshov (MIPT -examen), Vladimir Dogiel (MIPT -anställd) och deras kollegor från Hong Kong och Taiwan har publicerat en serie artiklar om Fermibubblornas karaktär. De har visat att röntgen- och gammastrålning i dessa områden beror på processer där relativistiska elektroner accelereras av chockvågor till följd av stjärnmaterial som faller ner i ett svart hål. I detta fall, chockvågorna ska accelerera både protoner och kärnor. Dock, i motsats till elektroner, relativistiska protoner med större massor förlorar knappt någon energi i den galaktiska glorin och kan fylla hela galaxens volym. Författarna till tidningen föreslår att gigantiska Fermi bubbla chockfronter kan accelerera protoner som avges av SN till energier som överstiger 10 15 eV.

    Analys av kosmisk stråles acceleration visade att Fermi-bubblor kan vara ansvariga för bildandet av CR-spektrumet ovanför "knäet" i det observerade spektrumet, d.v.s. vid energier större än 3 × 10 15 eV (energiområde "B" i fig. 2). För att sätta detta i perspektiv, energin hos accelererade partiklar i Large Hadron Collider är också ~ 10 15 eV.

    "Den föreslagna modellen förklarar spektralfördelningen av det observerade CR-flödet. Det kan sägas att de processer som vi beskrivit kan accelerera galaktiska kosmiska strålar som genereras i supernova-explosioner. Till skillnad från elektroner, protoner har en betydligt längre livslängd, så när den accelereras i Fermi -bubblor, de kan fylla upp galaxens volym och observeras nära jorden. Vår modell föreslår att de kosmiska strålarna som innehåller högenergiprotoner och kärnor med energi lägre än 1015 eV (under energiområdet för det observerade spektrumets "knä"), genererades i supernovaxplosioner i den galaktiska skivan. Sådana CR:er accelereras igen i Fermi-bubblor till energier över 1015 eV (ovanför "knäet"). Den slutliga kosmiska strålningsfördelningen visas på spektraldiagrammet, säger Vladimir Dogiel.

    Forskarna har föreslagit en förklaring till särdragen i CR -spektrumet i energiområdet från 3 × 10 15 till 10 18 eV (energiområde "B" i fig. 2). Forskarna bevisade att partiklar som producerades under SN -explosionerna och som har energier lägre än 3 × 10 15 eV upplever återacceleration i Fermi-bubblor när de rör sig från den galaktiska skivan till glorin. Rimliga parametrar i modellen som beskriver partiklarnas acceleration i Fermi -bubblor kan förklara arten av spektrumet av kosmiska strålar över 3 × 10 15 eV. Spektrumet under detta intervall förblir ostört. Således, modellen kan producera spektralfördelning av kosmiska strålar som är identisk med den som observerats.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com