О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Украина | Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Болотное дело
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: http://mirror682.graniru.info/Society/Science/m.129754.html

статья Открыта анизотропия космических лучей сверхвысоких энергий

Максим Борисов, 09.11.2007
Черная дыра. Изображение с сайта BBC News
Черная дыра. Изображение с сайта BBC News
Реклама

Источниками самых высокоэнергетичных космических лучей, пронизывающих нашу Вселенную, являются, скорее всего, сверхмассивные черные дыры (миллионы и миллиарды солнечных масс), которые скрываются в центрах большинства галактик (прежде всего это активные галактические ядра). Иными словами, речь можно теперь вести о внегалактическом (вне нашей Галактики) происхождении КЛ сверхвысоких энергий. Такой вывод сделала группа из 370 астрофизиков из 17 стран мира, занятая анализом данных Обсерватории имени Пьера Оже (Pierre Auger Observatory).

"Мы выяснили, что небо Южного полушария в диапазоне, соответствующем космическим лучам сверхвысоких энергий, выглядит неоднородно. Это фундаментальное открытие. Наступает эра астрономии космических лучей. В ближайшие несколько лет наши данные позволят идентифицировать источники этих космических лучей и прояснить механизмы их ускорения", - убежден Джеймс Кронин (James Cronin) из Чикагского университета (University of Chicago, штат Иллинойс) - нобелевский лауреат, инициатор создания Обсерватории Оже (наряду с Аланом Уотсоном (Alan Watson) из британского Лидсского университета (University of Leeds)) и один из девяти авторов, подписавших статью, публикуемую 9 ноября в журнале Science.

Французский физик Пьер Оже (1899-1993) считается первооткрывателем широких атмосферных ливней (ШАЛ), образуемых высокоэнергетичными частицами, попадающими в земную атмосферу (1938), их иногда называют также ливнями Оже. Обсерватория, получившая его имя, представляет собой сеть из 1600 огромных резервуаров (пока их только 1400), которые устанавливаются на плоскогорье западной Аргентины (провинция Мендоса), снабжаются фотоумножителями и заполняются дистиллированной водой (по 11 тонн каждый, с атомами такого простейшего жидкого сцинтиллятора частицы и взаимодействуют). Каждый такой бак (водный черенковский детектор) отделен от соседних резервуаров расстоянием в 1,5 километра (общая площадь, занимаемая установкой, достигает трех тысяч квадратных километров). Резервуары обнаруживают частицы, отслеживая их взаимодействия с водой, ну а установленные дополнительно телескопы (в количестве 24 штук) ясными безлунными ночами улавливают свечение в атмосфере (флуоресценцию, вызванную взаимодействием КЛ с молекулами азота), таким образом можно не только восстанавливать энергию первоначальных частиц, но и направление их прилета.

Всего обсерватория к настоящему времени зарегистрировала почти миллион ливней, однако события, вызванные частицами сверхвысоких энергий, - это большая редкость. Пока на счету новой установки 77 частиц с энергией, превышающей 4x1019 электрон-вольт (или 40 EeV - эксаэлектрон-вольт). И это рекорд среди обсерваторий такого рода. При столь высоких энергиях погрешность в определении направления, с которого пришла частица, не превышает нескольких градусов, что и позволяет ученым определить местоположение возможного источника. Звучит невероятно, но один-единственный протон в таком случае может нести столько энергии, сколько теннисный мячик, летящий со скоростью 100 километров в час. К сожалению (а может, и к счастью), частицы таких энергий на Земле - редкие гости, один случай на квадратный километр приходится раз в столетие. Поэтому для сбора осмысленной статистики и требуется очень большие площади...

Космические лучи, поражающие Землю. Иллюстрация с сайта www.extra.rdg.ac.uk "Низкоэнергетичные космические лучи [в окружающем нас космосе] присутствуют в изобилии и прибывают при этом со всех направлений практически одинаково, их источники находятся внутри нашей собственной галактики Млечный путь. Единственным очевидным источником космических частиц до сих пор было только наше Солнце. Космические лучи от других вероятных источников, вроде взрывающихся звезд, блуждая по космосу, запутываются в магнитных полях так, что когда они наконец достигают Земли, мы уже не можем установить их происхождение. Иное дело - частицы самых высоких энергий, космические лучи, приходящие от самых мощных источников - они мало отклоняются и указывают направление к месту своего рождения. Мы теперь можем регистрировать достаточное количество таких "космических пуль" для того, чтобы понять процессы, которые зашвырнули их в космос", - объясняет один из руководителей проекта Пол Манч (Paul Mantsch).

Космические лучи с энергией, превышающей приблизительно 60 EeV, неизбежно теряют свою энергию в столкновениях с космическим микроволновым фоном (т.е. реликтовым излучением, оставшимся со времен начала Вселенной, оно заполняет весь космос). Однако космические лучи из относительно близких источников (соседних галактик, находящихся от нас в радиусе трех сотен миллионов световых лет) теряют свою энергию с меньшей вероятностью и все-таки добираются до Земли. Выяснилось, что распределение 27 самых высокоэнергетичных событий (с энергией свыше 5,7x1019 = 57 EeV) носит ярко выраженный анизотропный характер (частицы не прибывают с одинаковой вероятностью со всех возможных направлений). Сравнивая параметры этих событий с известными местоположениями 318 активных ядер галактик, в большинстве случаев (в 20) удалось продемонстрировать хорошую корреляцию - то есть (как ранее и предполагалось многими астрофизиками) рождение таких частиц связано с центрами соседних галактик, вроде Центавра A.

Согласно популярным теоретическим моделям, активные ядра галактик (Active Galactic Nuclei - AGN), окружены скоплениями вещества, располагающегося в виде аккреционного диска и гигантского "пончика" (поглощающего тора), который частично скрывает от нас вид на черную дыру (пончик расположен в той же плоскости, что и аккреционный диск). Угол под которым мы наблюдаем этот самый "пончик", определяет (наряду с массой и рядом других факторов), что именно мы в свои приборы увидим - и как классифицируем этот объект. Так появляются квазары, блазары (в этом случае струя-"джет" из раскаленной материи направлена прямо на Землю), сейфертовские галактики... Поглощая газ, пыль и другую материю, вытягиваемую из галактики-хозяйки, ядра частично перерабатывают все это в исторгаемые ими потоки частиц самых высоких энергий. Пока еще механизм, с помощью которого AGNs достигают рекордных ускорений, детально не изучен, но предполагается, что ускоряемые таким образом частицы могут достигать энергий, в сотню миллионов раз превосходящих энергию мощнейших земных ускорителей частиц.

Участники проекта теперь выражают большое сожаление, что подобие аргентинской установки не построили в Северном полушарии (изначально такое планировалось (на территории штата Юта в США), но вмешалась политика, и строительство было отложено). Тогда бы для наблюдений было доступно все земное небо, и к тому же в Северном полушарии имеются более близкие AGNs, чем в Южном...

Источники:
Mysterious cosmic rays linked to galactic powerhouses - University of Chicago News Office
Cosmic ray mystery solved? - University of Utah Public Relations
Highest-energy Cosmic Rays Linked With Violent Black Holes - Fermi National Accelerator Laboratory
Michigan Tech helps solve mystery of cosmic rays - Michigan Technological University
Monster black holes power highest-energy cosmic rays - New Scientist
Cosmic 'Bullets' Traced to Galactic Black - Space.com
Clue to cosmic rays discovered - BBC News
Cosmic rays believed to start in black holes - Reuters
Powerful rays hitting Earth emitted from nearby galaxies - AFP
Mysterious Cosmic Rays Traced At Last To Source - Wired

Ссылки:
Крупнейшая в мире обсерватория начала регистрировать космические лучи
Посланцы из неведомых краев
Перед студентами Новосибирского государственного университета с лекцией "Космическое излучение высоких энергий" выступил нобелевский лауреат Джеймс Кронин
Космические лучи и гамма-астрономия

Максим Борисов, 09.11.2007


новость Новости по теме
Фото и Видео






Наши спонсоры
Выбор читателей