Skąd pochodzi promieniowanie kosmiczne?

Astronomowie w nowym badaniu próbowali lepiej zrozumieć skąd pochodzą wysokoenergetyczne cząsteczki docierające do Ziemi, znane jako promieniowanie kosmiczne.

.Jak opisują naukowcy, promieniowanie kosmiczne – wysokoenergetyczne cząstki poruszające się z prędkością bliską prędkości światła – powstają gdzieś w galaktyce Drogi Mlecznej, jak i poza nią, ale gdzie dokładnie, pozostaje tajemnicą od czasu ich odkrycia w 1912 roku.

Astronomowie z Michigan State University, pod kierownictwem Shuo Zhanga przeprowadzili dwa badania, które rzuciły nowe światło na to, skąd może pochodzić promieniowanie kosmiczne. 

Źródłem tych wysokoenergetycznych, szybko poruszających się cząstek mogą być czarne dziury, pozostałości po supernowych i regiony gwiazdotwórcze. Te niezwykłe zdarzenia astrofizyczne są również znane z produkcji neutrin – małych, prawie bezmasowych cząstek, które występują w dużych ilościach nie tylko w przestrzeni kosmicznej, ale także na naszej planecie.

„Promieniowanie kosmiczne jest znacznie ważniejsze dla życia na Ziemi niż mogłoby się wydawać. W każdej sekundzie przez nasze ciało przechodzi około 100 bilionów neutrin kosmicznych z bardzo odległych źródeł, takich jak czarne dziury” – mówi Shuo Zhang z Michigan State University.

Źródła promieniowania kosmicznego, jak podkreślają badacze, są tak potężne, że mogą przyspieszyć proton lub elektron do energii znacznie przekraczającej to, co ludzie mogli by osiągnąć w najbardziej zaawansowanym akceleratorze cząstek. Astronomowie przyjrzeli się bliżej tym niezwykłym zdarzeniom, znanym jako PeVatrony, aby dowiedzieć się, gdzie i czym one mogą być oraz w jaki sposób są w stanie przyspieszać małe cząstki do niezwykle wysokich energii. Zrozumienie ich może pomóc lepiej poznać Wszechświat, w tym ewolucję galaktyk i naturę ciemnej materii.

Badania astrofizyków dotyczyły poszukiwania kandydatów na PeVatrony, których pochodzenie pozostawało nieznane. W pierwszym z nich, opublikowanym w czasopiśmie The Astrophysical Journal, naukowcy obserwowali tajemniczy obiekt odkryty przez Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), którego natura źródła była nieznana.

Wykorzystując dane rentgenowskie z teleskopu kosmicznego XMM-Newton, astrofizycy znaleźli plerion (mgławica synchrotronowa, zasilana przez ogromnej energii pulsar) – rozszerzającą się bańkę z relatywistycznymi elektronami (poruszającymi się z prędkością porównywalną do prędkością światła) i na które wpłynęła energia z tej gwiazdy neutronowej. Odkrycie to pozwoliło ustalić, że PeVatron jest rodzajem plerionu będącego źródłem promieniowania kosmicznego i jest jednym z niewielu przypadków, w których naukowcy mogą zidentyfikować jego naturę.

W drugim badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Research Notes of the AAS, naukowcy wykorzystali należący do NASA teleskop rentgenowski Swift do obserwacji emisji promieniowania rentgenowskiego z mało zbadanych źródeł promieniowania kosmicznego wykrytych przez obserwatorium LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory). Astronomowie obliczyli górne granice emisji promieniowania rentgenowskiego, a całe badanie może służyć jako punkt odniesienia dla przyszłych analiz.

.„Identyfikując i klasyfikując źródła, z których może pochodzić promieniowanie kosmiczne, nasze wysiłki mogą, miejmy nadzieję, zapewnić kompleksowy katalog takich zdarzeń z klasyfikacją. Mogłoby to pomóc przyszłym obserwatoriom neutrin i tradycyjnym teleskopom do prowadzenia bardziej dogłębnych badań mechanizmów przyspieszania cząstek” – podsumowuje Shuo Zhang.

Oprac. EG