2014-04-04

Космічні промені ультрависоких енергій

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 голосів)

Космічні промені

Останні десять років вчені із японської обсерваторії AGASA спостерігають явище, яке науковці з усього світу не можуть однозначно пояснити. Вони реєструють особливі космічні промені.

Як відомо, космічні промені – це елементарні частинки і ядра атомів, що народилися і прискорені до високих енергій у Всесвіті. У навколоземному космічному просторі розрізняють декілька типів космічних променів. До стаціонарних прийнято відносити галактичні космічні промені, частки альбедо і радіаційний пояс. До нестаціонарних – сонячні космічні промені (СКП).

Галактичні космічні промені

Галактичні космічні промені складаються з ядер різних хімічних елементів з кінетичною енергією більше декількох десятків МеВ/нуклон, а також електронів і позитронів з кінетичною енергією > 10 МеВ. Ці частинки приходять в міжпланетний простір з міжзоряного середовища. Джерелом цих частинок є наднові зірки нашої Галактики.

Частки альбедо, радіаційний пояс

Усередині магнітосфери, як і в будь-якому дипольному полі, є області, недоступні для частинок з кінетичною енергією, менше критичної. Ті ж частинки з енергією меншою, від критичної, які все-таки вже там знаходяться, не можуть ці області покинути. Ці заборонені області магнітосфери називаються зонами захоплення. У зонах захоплення дипольного поля Землі дійсно містяться значні потоки захоплених часток (насамперед, протонів і електронів).

У навколоземному просторі можна виділити дві області, розташовані в екваторіальній площині приблизно на відстані від 300 км (в зоні Бразильської магнітної аномалії) до 6000 км (внутрішній радіаційний пояс Землі) і від 12000 км до 40000 км (зовнішній радіаційний пояс Землі). Основним наповненням внутрішнього поясу є протони з високими енергіями від 1 до 1000 МеВ, а зовнішнього – електрони.

Максимум інтенсивності протонів низьких енергій розташований на відстані приблизно трьох радіусів Землі від її центру. Малоенергійні електрони заповнюють всю область захоплення. Для них немає поділу на внутрішній і зовнішній пояси. Потік протонів у внутрішньому поясі досить стійкий у часі. Процес взаємодії ядер первинного космічного випромінювання з атмосферою супроводжується виникненням нейтронів. Потік нейтронів, що йде від Землі (нейтрони альбедо), безперешкодно проходить крізь магнітне поле Землі. Оскільки нейтрони нестабільні (середній час розпаду приблизно 900 с), частина з них розпадається в зонах, недоступних для заряджених частинок малих енергій. Таким чином, продукти розпаду нейтронів (протони й електрони) народжуються прямо в зонах захоплення. Залежно від енергії та пітч-кутів ці протони й електрони можуть або виявитися захопленими, або покинути цю область.

Частинки альбедо – це вторинні частинки, відбиті від атмосфери Землі. Нейтрони альбедо забезпечують радіаційний пояс протонами з енергією до 103 МеВ і електронами з енергією до декількох МеВ.

Сонячні космічні промені

Сонячними космічними променями називаються енергійні заряджені частинки – електрони, протони і ядра, інжектовані Сонцем в міжпланетний простір. Енергія цих променів коливається від декількох кеВ до декількох ГеВ. У нижній частині цього діапазону сонячні космічні промені межують з протонами високошвидкісних потоків сонячного вітру. Частинки сонячних космічних променів з'являються внаслідок сонячних спалахів.

Космічні промені ультрависоких енергій

Повернемось до космічних променів, зафіксованих японськими вченими. Їхня особливість полягає в тому, що вони приходять на Землю з дуже високою енергією. Це викликало деякий конфуз серед науковців, адже відомо, що частинки космічних променів, переміщаючись у просторі втрачають енергію при зіткненні з фотонами низького рівня енергії, наприклад, з космічного мікрохвильового випромінювання. Випливав єдиний можливий висновок – такі промені могли з’явитися тільки в нашій галактиці. Проте знайти таке джерело космічних променів а нашій галактиці астрономи досі не можуть.

Парадокс ГЗК і гіпотези, що його пояснюють

Границя Грайзена - Зацепіна - Кузьміна (ГЗК, реліктове обмеження спектру в області гранично високих енергій) – це теоретична верхня межа енергії космічних променів від віддалених джерел. Спостереження, проведені під час експерименту AGASA, показали, що вищезгадані промені володіють енергією, яка перевищує встановлену межу (їх називають частками ультрависоких, або гранично високих енергій). Існування таких часток називають парадоксом ГЗК. Було запропоновано безліч припущень для вирішення цієї проблеми:

  • результати спостережень були неправильно інтерпретовані;
  • існують джерела випромінювання ближче 50 МПК (хоча таких джерел не було виявлено);
  • важкі ядра можуть подолати межу ГЗК;
  • частинки, які слабо взаємодіють з речовиною (наприклад, нейтрино), можуть подолати цю межу.

Теорії для пояснення парадоксу ГЗК

Найбільш цікава і значна з них – двічі спеціальна теорія відносності, однак, судячи за останніми дослідженнями, з неї також витікає аналогічний парадокс.

Деякі з теорій пояснюють парадокс взаємодією з темною речовиною, або ж, що такі частинки і є частинки темної матерії.

Факти, які не підтверджують наявність парадоксу

У липні 2007 року, під час 30-ої Міжнародної конференції, присвяченої космічним променям, в Меріді, Мексика, HiRes представили свої результати щодо космічних променів ультрависоких енергій. HiRes спостерігали пригнічування в спектрі космічних променів ультрависоких енергій тільки в передбаченій області, спостерігаючи лише 13 подій з енергією вище порога, при очікуваних 43 без пригнічувавння. Цей результат був опублікований Physical Review Letters, це перше спостереження, що заперечує наявність парадокса ГЗК. Обсерваторія П'єра Оже підтвердила цей результат: замість 30 подій, необхідних, щоб підтвердити результати AGASA, спостерігалися тільки 2 події. Крім того, в кутовому розподілі 27 найбільших високоенергетичних подій (з енергією більше 5,7 ? 1019 еВ) спостерігалась яскраво виражена анізотропія, яка добре корелювала в більшості випадків (у 20 з 27) з напрямками на активні ядра сусідніх галактик. У світлі цих результатів, результати AGASA можуть бути невірними.

В даний час будуються кілька великих телескопів (EUSO, GLAST), щоб підтвердити або спростувати наявність парадоксу ГЗК.

За матеріалами: wikipedia.org, wikipedia.org.

 

Читайте також:

 

Коментарі:

blog comments powered by Disqus