Var kommer kosmiska strålar ifrån?

Jorden bombarderas ständigt kosmiska strålarRegnskurar av högenergipartiklar spränger vår planet från alla håll med nästan ljusets hastighet.

Även om detta kan låta som ett förebud om en sci-fi-utomjordisk invasion, är det ett verkligt fenomen som forskare har varit medvetna om i över ett sekel. Trots deras dramatiska beskrivning är kosmiska strålar faktiskt ganska vanliga – de passerar genom vår planet så regelbundet att en person har omkring en miljon kosmiska strålar som färdas genom kroppen under en genomsnittlig nattsömn, fann studien University of Birmingham I Storbritannien

Trots sin allestädes närvarande representerar kosmiska strålar fortfarande ett vetenskapligt mysterium. Medan långsam-energi kosmiska strålar slår till Jorden De är kända för att komma från Solandra med högre energier flödar in i Solsystem från djupet Plats. Ursprunget till denna extrasolära kosmiska strålning är mindre kända, inklusive misstänkta källor Svarta hål och det Supernova Explosioner som markerar döden av massiva stjärnor.

Relaterad: Rymdhemligheter: Varför finns det inga gasmånar?

Kosmiska strålar “har upptäckts här på jorden i mer än 100 år. Men deras ursprung är fortfarande i stort sett okänt”, säger Julia Tjus, professor i fysik och astronomi vid Ruhr University i Tyskland, sa Space.com via e-post. “Dessa små partiklar når energier långt utöver vad vi kan uppnå här på jorden. Vi försöker lösa ett mysterium som nu är över 100 år gammalt, sakta men säkert sätta ihop bitarna.”

Vad är kosmiska strålar?

Kosmiska strålar är strömmar av högenergipartiklar som påverkar Jordens atmosfär nästan med ljusets hastighet. De upptäcktes på 1900-talet och den Termen “kosmiska strålar” myntades 1925 av fysikern Robert Millikan.

Sedan dess har forskare funnit att biljoner kosmiska strålar träffar jorden varje dag, men de allra flesta blockeras av planetens strålning magnetosfären och atmosfär.

Över 90 % av de kosmiska strålarna är vätekärnor (enkla protoner), 9 % är kärnorna av helium och 1 % är kärnorna av tunga grundämnen inklusive järn, enligt University of Chicago. Dessa kallas “hadroniska partiklar” eftersom de är gjorda av hadroner Protoner Och Neutronersom består av så kallade elementarpartiklar Quarks.

“Det finns också Elektroner och positroner [the antiparticles of electrons] kommer till oss i kosmiska strålar, men i mindre antal än de hadroniska partiklarna. “Dessa kallas ofta kosmiska strålelektroner,” sa Tjus. “Ibland inkluderar människor också de neutrala högenergipartiklarna – fotoner och.” Neutrinos – i termen “kosmiska strålar”, men i de flesta definitioner anges dessa separat.”

Hur blir kosmiska strålar så energiska?

Kosmiska strålar bombarderar ständigt jorden, men ingen vet exakt var de kommer ifrån.

Kosmiska strålar bombarderar ständigt jorden, men ingen vet exakt var de kommer ifrån.

Kärnan i det kosmiska strålmysteriet är hur dessa partiklar kan nå så otroliga energier att de accelereras till nära astronomiska höjder Ljusets hastighet.

“Vi känner till energierna hos kosmiska strålar ganska väl – universum på något sätt accelererar partiklar upp till 10²⁰ (1 följt av 20 nollor) elektronvolt (eV), säger Tjus. “I jämförelse är markbaserade acceleratorer sådana Stor Hadron Collider (LHC) vid CERN kan bara accelerera partiklar upp till 10¹³ eV, många storleksordningar mindre än vad universum kan uppnå. Mekanismen för hur partiklar kan accelereras till dessa extrema energier är ännu inte klar.

Ett förslag är att partiklar skulle kunna accelereras till sådana energier av en stötfront, som uppstår när ett material som rör sig i otroligt höga hastigheter möter ett långsammare rörligt medium och orsakar en plötslig förändring i det. Detta skulle skapa ett turbulent magnetfält som skulle kunna fungera som en naturlig och kraftfull kosmisk partikelaccelerator.

Ett sätt att skapa sådana förhållanden skulle vara en supernova, explosionen som uppstår när en massiv stjärna dör. Denna explosion skulle få stjärnans yttre skikt att flyga genom luften med otroliga hastigheter tills detta stjärnmaterial slutligen träffade stjärnan interstellärt medium — långsamt rörliga gasmoln däremellan Stjärnor – Skapa en glödande supernovarest.

“Supernovarester är rimliga kandidater för kosmiska strålar som kommer inifrån Vintergatan. Det finns bevis för att supernovarester kan accelerera partiklar till omkring GeV-energier [around 10⁹ to 10¹² eV]sa Tjus. “Vid de högsta energierna, runt 10²⁰ eV, vet vi att dessa partiklar måste komma från andra galaxer.”

Hon sa att en rimlig källa till dessa kosmiska strålar med högre energi är aktiva galaktiska kärnor (AGN), centra för aktiva galaxer som drivs av matning supermassiva svarta hål med massor av miljoner eller miljarder gånger solens massa.

AGN supermassiva svarta hål är omgivna av materia som de gradvis livnär sig på och även virvlar runt genom deras enorma gravitationsinflytande, vilket får dem att lysa starkare än det kombinerade ljuset från alla omgivande stjärnor galaxen. Materia i dessa regioner som inte levereras till det centrala supermassiva svarta hålet kan riktas till det svarta hålets poler, där det kastas ut som materiastrålar med nästan ljusets hastighet. Om dessa strålar träffar omgivande interstellärt material kan den kollisionen också producera kosmiska strålar.

En annan möjlig källa till kosmisk strålning kan vara de så kallade starburst-galaxerna – de som har en exceptionellt hög stjärnbildningshastighet – som de är värd för Gammastrålningsa Tyus.

Men om kosmiska strålar kommer från några av de mest våldsamma och slående händelserna i universum, varför har astronomerna svårt att spåra dessa laddade partiklar till dessa källor?

En kosmisk flipperspel

En anledning till att det är svårt att hitta källorna till kosmisk strålning är att de är uppbyggda av laddade partiklar som påverkas av magnetfält. När dessa partiklar möter magnetfält på sin långa resa genom rymden till oss, avleds de.

Det vill säga tills de extragalaktiska kosmiska strålarna når jorden efter att ha färdats miljoner eller miljarder ljusårDe avleddes och omdirigerades många gånger och studsade runt i kosmos som en boll i ett himmelskt flipperspel. Detta gör att rekonstruera deras ursprungliga väg nästan omöjlig, men det kan finnas ett indirekt sätt att göra det.

“När kosmisk strålning interagerar med gas resulterar dessa interaktioner i produktionen av fotoner och neutriner. Det är neutrala partiklar som sprider sig i en rak linje och kan därför indirekt avslöja ursprunget till kosmiska strålar”, förklarade Tjus.

Liknande inlägg:

— Varför finns det inga gasmånar?

— Rör sig solen i solsystemet?

— Varför vänder jordens magnetiska poler?

För närvarande studeras kosmiska strålar över ett brett energiområde från 10⁹ eV till 10²⁰ eV, med forskare som studerar allt från sammansättningen av de kosmiska strålarna till deras föredragna kardinalriktningar. Tjus menar att med en kombination av 3D-modellering och precisionsmätningar av neutriner och fotoner associerade med kosmisk strålning kan framsteg göras i förståelsen av var kosmiska strålar kommer ifrån och hur de avfyras mot sådana otroliga energier.

“Pusslet med kosmiska strålar kan bara lösas genom att sätta ihop olika information från de olika budbärarna som observerats,” sa Tjus. “Idag finns det en mängd olika observatorier som ger olika information.”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *