Kosmické paprsky.
Tak se nazývají nabité částice, které prostupují naší Galaxií. Pohybují se neuvěřitelně rychle – rychleji než jakékoli zařízení vytvořené lidstvem na Zemi. Velký hadronový urychlovač je působivý. Ale tyto částice se mu smějí.
Jedná se především o protony. Jsou tam samozřejmě i elektrony. Ale drtivou většinu tvoří protony.
Po desetiletí astronomové věděli, že někde musí být zdroj. Vesmírný urychlovač. “PeVatron” Problém byl důkazem. Nemůžete se jen podívat na oblohu a říct: “Ano, to jsou protony.” Bez dalších údajů to není možné, aby nedošlo k záměně.
S úkolem si poradil mezinárodní tým pod vedením Hirošimské univerzity. Potvrdili, že objekt LHAASO J1911+1014u je skutečně protonový PeVatron. To není předpoklad. To je nemožné.” Toto je nejúčinnější zdroj protonů, který jsme dosud byli schopni přesně lokalizovat v Mléčné dráze.
Proč záleží na problému protonů
Zde vzniká technická překážka: gama záření.
Gama paprsky jsou vysokoenergetické záření. Vznikají, když se kosmické paprsky srazí s něčím. Obvykle se jedná o mezihvězdný plyn. Někdy magnetická pole. Ale problém je tento: jak protony, tak a elektrony vytvářejí gama záření.
Pokud uvidíte záblesk gama paprsků, jak víte, která částice to způsobila?
Elektrony jsou složité. Mohou napodobovat podpisy protonů. To již dlouho činilo potvrzení existence „protonového PeVatronu“ téměř nemožné. PeVatron urychluje protony na energie přesahující jeden petaelektronvolt (kvadrilion eV). To je kolosální částka. Toto je energetický limit pro standardní urychlovače částic v naší Galaxii.
„Hledání urychlovače kosmických protonů s energiemi nad petaelektronvolt… je jedním z nejvíce vzrušujících témat moderní astrofyziky,“ poznamenal Tsunefumi Mizuno. Je hlavním autorem studie a odborným asistentem v Centru pro astrofyzikální vědu na Hirošimské univerzitě.
Měli jsme kandidáty. Desítky objektů. Ale nebyly žádné důkazy. LHAASO J1911+1014u zářil energiemi nad 0,1 PeV. Ale bez jasného rozlišení mezi zdroji protonů a elektronů zůstal spíše podezřelým než odsouzeným zločincem.
Tři šípy, jeden cíl
Mizuno citoval staré japonské přísloví: „Jeden šíp se snadno zlomí. Tři svázané dohromady – ne.”
Použil tuto logiku. Místo spoléhání na jeden nástroj spojil tým tři různé datové sady. Potřebovali eliminovat elektrony a izolovat protony.
- Gamma záření z vesmíru: Velký širokoúhlý dalekohled Fermi (NASA) změřil gama záření v oblasti 1 GeV. To je jedna miliarda elektronvoltů.
- Radiové vlny ze Země: Japonská studie FOREST pomocí 45m dalekohledu Nobeyama mapovala mezihvězdný plyn.
- Rentgenové záření z vesmíru: Observatoř Chandra (NASA) monitorovala slabé rentgenové emise.
Výsledky? Elektrony byly vyloučeny. Odhodlané a konečné.
Důkaz: Plyn, gama paprsky a ticho
Jak pochopili, že to nejsou elektrony?
Nápověda 1: Energetický rozsah.
Záření gama neustávalo. Neustále se rozšiřoval z více než 100 bilionů eV na 400 milionů eV. Podle fyzikálních zákonů nemá urychlovač elektronů dostatečný výkon, aby podpořil tento tvar spektra. Protony mají.
Důkaz 2: Mapa plynu.
Fermi detekoval gama záření. Studie FUGIN odhalila hustá oblaka mezihvězdného plynu. Karty k sobě perfektně pasovaly. Vysokoenergetické protony se srážejí s plynem. Plyn „udeří“ plyn. Gama paprsky explodují. Kdyby to byly elektrony, mapa by vypadala jinak. Elektrony neinteragují s plynem, aby tímto způsobem vytvořily gama záření. Interagují se světlem a magnetickými poli. Tato korelace byla nevyvratitelná.
Důkaz 3: Žádný hluk.
Toto je jemnější bod. Pokud by tam byla populace vysokoenergetických elektronů, observatoř Chandra by viděla silné difúzní rentgenové záření. Elektrony se spirálovitě pohybují v magnetických polích a vyzařují silné rentgenové záření. Chandra neviděla… skoro nic. Velmi slabé záření. Ticho tam, kde by měl být hluk.
“Tři důkazy naznačovaly, že jde o protonový PeVatron,” řekl Mizuno.
Elektrony byly vyloučeny. Korelace s plynem potvrzenými protony. Mlčení s Chandrou to ukončilo.
LHAASO J1911+1014u: Kde a co to je
Objekt se nachází v souhvězdí Aquila, vedle Altairu. Toto je jasná hvězda, která doplňuje letní trojúhelník. Všichni známe tento trojúhelník o červencových nocích.
Nejprve si astronomové mysleli, že jde o pozůstatek supernovy. Jen mrtvá hvězda odhazující své ulity. Pak ale byly objeveny emise nad 100 TeV (bilionů elektronvoltů). Tím se obrázek změnil.
Není to jen přežitek. Toto je funkční akcelerátor.
Studie publikovaná v The Astrophysical Journal využívá to, co tým nazývá „komplexní vícepásmové simulace“. Jedná se o složitý termín, který znamená, že zkoumali objekt v rádiových, rentgenových a gama vlnových délkách, čímž donutili data sblížit se do jediného obrázku. Přišlo pouze jedno vysvětlení: urychlování protonů.
Mimo jediný zdroj
Tím to nekončí.
Mléčná dráha je takových objektů plná. LHAASO již zaznamenal desítky dalších potenciálních protonových PeVatronů. Nyní máme šablonu. Potvrzený příklad. Základní linie.
“Nyní plánujeme systematicky studovat tyto kandidáty,” poznamenal Mizuno.
Přecházíme od hádání k ověřování. Dalším krokem je zjistit, které z dalších světelných shluků v naší Galaxii skutečně urychlují protony na kvadriliontiny rychlosti.
Do té doby víme jedno jistě. Vesmír urychluje protony rychleji, než jsme si kdy dokázali představit. A teď to konečně můžeme dokázat.
“Tohoto výzkumu bylo dosaženo díky úsilí týmu,” řekl Mizuno. “Jeden šíp se snadno zlomí…”
Tři šipky. Související. Potvrzeno.
