Γιγαντιαίες φυσαλίδες στο κέντρο του γαλαξία μας που φτάνουν τα 50.000 έτη φωτός, ανακαλύφθηκαν ως πηγή μυστηριώδους κοσμικής ακτίνας - kavalarissa.eu

Header Ads

Breaking News
recent

Γιγαντιαίες φυσαλίδες στο κέντρο του γαλαξία μας που φτάνουν τα 50.000 έτη φωτός, ανακαλύφθηκαν ως πηγή μυστηριώδους κοσμικής ακτίνας


Μια ομάδα επιστημόνων από τη Ρωσία και την Κίνα έχει αναπτύξει ένα μοντέλο που εξηγεί τη φύση των κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας (CRs) στον Γαλαξία μας. 

Αυτές οι CR έχουν ενέργειες που ξεπερνούν εκείνες που παράγονται από εκρήξεις σουπερνόβα κατά μία ή δύο τάξεις μεγέθους. Το μοντέλο επικεντρώνεται κυρίως στην πρόσφατη ανακάλυψη των γιγαντιαίων δομών που ονομάζονται φυσαλίδες Fermi.

Οι συμβολές των άκρων των φυσαλίδων Fermi που δείχνονται παραπάνω παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά σε ακτίνες Χ (μπλε) από την ROSAT, η οποία λειτούργησε στη δεκαετία του 1990. Οι ακτίνες γάμμα που χαρτογραφήθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray (ματζέντα) εκτείνεται πολύ μακρύτερα από το επίπεδο του γαλαξία. 


 Οι φυσαλίδες Fermi υπόσχονται να αποκαλύψουν βαθιά μυστικά σχετικά με τη δομή και την ιστορία του γαλαξία μας. Δεν γνωρίζουμε γιατί η μάζα της μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία είναι τόσο μικρή σε σχέση με άλλες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ή πώς λειτουργεί η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτής της σχετικά μικρής μαύρης τρύπας και του γαλαξία Γαλαξία. Οι φυσαλίδες παρέχουν μια μοναδική σύνδεση τόσο για το πώς αυξήθηκε η μαύρη τρύπα όσο και για το πώς η έγχυση ενέργειας από τη διαδικασία αύξησης της μαύρης τρύπας επηρέασε το Γαλαξία ως σύνολο.

Ένα από τα βασικά προβλήματα στη θεωρία της προέλευσης των κοσμικών ακτίνων (πρωτόνια υψηλής ενέργειας και ατομικοί πυρήνες) είναι ο μηχανισμός επιτάχυνσης. Το ζήτημα εξετάστηκε στη δεκαετία του 1960 όταν οι επιστήμονες πρότειναν ότι οι CR δημιουργούνται κατά τη διάρκεια των εκρήξεων της σουπερνόβα (SN) στον Γαλαξία. Ένας ειδικός μηχανισμός επιτάχυνσης των φορτισμένων σωματιδίων από τα κύματα SN προκλήθηκε το 1977. Λόγω της περιορισμένης διάρκειας ζωής των κραδασμών, εκτιμάται ότι η μέγιστη ενέργεια των επιταχυνόμενων σωματιδίων δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 1014-1015 ηλεκτρονικά.

Ανακύπτει το ερώτημα πώς να εξηγηθεί η φύση των σωματιδίων με ενέργειες άνω των 1015 eV. Μια σημαντική ανακάλυψη στην έρευνα των διαδικασιών επιτάχυνσης τέτοιων σωματιδίων ήρθε όταν το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi Gamma-ray ανίχνευσε δύο γιγαντιαίες δομές που εκπέμπουν ακτινοβολία σε δέσμη ακτίνων-γ στην κεντρική περιοχή του γαλαξία τον Νοέμβριο του 2010.


Οι ανακαλυφθείσες δομές είναι επιμήκεις και είναι συμμετρικά τοποθετημένες στο Γαλαξιακό επίπεδο κάθετο στο κέντρο του, που εκτείνεται σε 50.000 έτη φωτός ή περίπου στο ήμισυ της διαμέτρου του δίσκου του Γαλαξία. Αυτές οι δομές έγιναν γνωστές ως φυσαλίδες Fermi. Αργότερα, η ομάδα τηλεσκοπίων Planck ανακάλυψε την εκπομπή τους στη ζώνη μικροκυμάτων.


Η φύση των φυσαλίδων Fermi είναι ακόμα ασαφής, ωστόσο η θέση αυτών των αντικειμένων δείχνει τη σύνδεσή τους με παρελθόν ή παρούσα δραστηριότητα στο κέντρο του γαλαξία, όπου πιστεύεται ότι βρίσκεται μια κεντρική μαύρη τρύπα 106 ηλιακών μαζών. 

Τα μοντέρνα μοντέλα αφορούν τις φυσαλίδες στο σχηματισμό αστεριών και / ή μια απελευθέρωση ενέργειας στο κέντρο του Γαλαξία, ως αποτέλεσμα της παλιρροϊκής διακοπής των αστεριών κατά τη διάρκεια της προσέλκυσης τους σε μια κεντρική μαύρη τρύπα. Οι φυσαλίδες δεν θεωρούνται μοναδικά φαινόμενα που παρατηρούνται μόνο στον Γαλαξία και παρόμοιες δομές μπορούν να ανιχνευθούν σε άλλα γαλαξιακά συστήματα με ενεργούς πυρήνες.

Μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών έχει δείξει ότι η εκπομπή ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα σε αυτές τις περιοχές οφείλεται σε διάφορες διαδικασίες που περιλαμβάνουν σχετικιστικά ηλεκτρόνια επιταχυνόμενα από κύματα κλονισμού που προκύπτουν από την αστρική ύλη που πέφτει σε μια μαύρη τρύπα.


Σε αυτή την περίπτωση, τα κύματα κλονισμού πρέπει να επιταχύνουν τόσο τα πρωτόνια όσο και τους πυρήνες. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια, τα σχετικιστικά πρωτόνια με μεγαλύτερες μάζες χάνουν σχεδόν την ενέργεια τους στο γαλαξιακό φωτοστέφανο και μπορούν να γεμίσουν ολόκληρο τον όγκο του γαλαξία. Οι συντάκτες του εγγράφου υποδηλώνουν ότι οι τεράστιες πλατφόρμες Fermi φυσαλίδων μπορούν να επιταχύνουν εκ νέου τα πρωτόνια που εκπέμπονται από την υπερκαινοφανή ενέργεια σε ενέργεια που υπερβαίνει κατά πολύ το 1015 eV.

Η ανάλυση της επανεκκίνησης των κοσμικών ακτίνων έδειξε ότι οι φούσκες Fermi μπορεί να είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό του φάσματος CR πάνω από το "γόνατο" του παρατηρούμενου φάσματος, δηλαδή σε ενέργειες μεγαλύτερες από 3 × 1015 eV (ενεργειακό εύρος "Β" στο Σχ. 2). Για να το θέσουμε σε προοπτική, η ενέργεια των επιταχυνόμενων σωματιδίων στο Large Hadron Collider είναι επίσης ~ 1015 eV.


"Το προτεινόμενο μοντέλο εξηγεί τη φασματική κατανομή της παρατηρούμενης ροής CR", δήλωσε ο Vladimir Dogiel στο Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας. "Μπορούμε να πούμε ότι οι διαδικασίες που περιγράψαμε είναι ικανές να επιταχύνουν εκ νέου τις γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες που δημιουργούνται στις εκρήξεις του σουπερνόβα. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια, τα πρωτόνια έχουν σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, οπότε όταν επιταχύνονται σε φούσκες Fermi, μπορούν να γεμίσουν τον όγκο του γαλαξία και να παρατηρηθούν κοντά στη Γη.

"Το μοντέλο μας υποδηλώνει ότι οι κοσμικές ακτίνες που περιέχουν πρωτόνια και πυρήνες υψηλής ενέργειας με ενέργεια μικρότερη από 1015 eV (κάτω από την ενεργειακή περιοχή του γόνατος του παρατηρούμενου φάσματος), δημιουργήθηκαν σε εκρήξεις υπερκαινοφανών στον δίσκο Galactic. Αυτά τα CRs επιταχύνονται εκ νέου σε φυσαλίδες Fermi σε ενέργειες άνω των 1015 eV (πάνω από το "γόνατο"). Η τελική κατανομή κοσμικών ακτίνων εμφανίζεται στο φασματικό διάγραμμα. "

Οι ερευνητές πρότειναν μια εξήγηση για τις ιδιαιτερότητες στο φάσμα CR στην ενεργειακή περιοχή από 3 × 1015 έως 1018 eV (ενεργειακό εύρος "Β" στο σχήμα 2). Οι επιστήμονες έχουν αποδείξει ότι τα σωματίδια που παράγονται κατά τη διάρκεια των εκρήξεων SN και τα οποία έχουν ενέργειες χαμηλότερες από 3 × 1015 eV παρουσιάζουν εκ νέου επιτάχυνση στις φυσαλίδες Fermi όταν μετακινούνται από τον γαλαξιακό δίσκο στο φωτοστέφανο.

Οι εύλογες παράμετροι του μοντέλου που περιγράφουν την επιτάχυνση των σωματιδίων στις φυσαλίδες Fermi μπορούν να εξηγήσουν τη φύση του φάσματος των κοσμικών ακτίνων πάνω από 3 × 1015 eV. Το φάσμα κάτω από αυτό το εύρος παραμένει ανενόχλητο. Έτσι, το μοντέλο είναι σε θέση να παράγει φασματική κατανομή των κοσμικών ακτίνων που είναι ίδια με αυτή που παρατηρείται.

Από το Blogger.