Wykryto najbardziej energetyczne elektrony promieniowania kosmicznego. Ich źródło leży blisko Ziemi

Kosmos jest pełen nie do końca przez nas zrozumiałych procesów oraz obiektów. Wiemy, że pozostałości supernowych, pulsary czy aktywne jądra galaktyk, są w stanie emitować naładowane cząstki i promienie gamma o niewiarygodnie wysokich energiach, tak wysokich, że przekraczają one energię wytwarzaną przez syntezę jądrową w gwiazdach o kilka rzędów wielkości.

W niedawno opublikowanych na łamach pisma "Physical Review Letters" badaniach, astrofizycy z konsorcjum H.E.S.S. poinformowali o wykryciu elektronów i pozytonów promieniowania kosmicznego o rekordowo wysokiej energii ponad 40 teraelektronowoltów. Promienie te tracą energię podczas podróży przez przestrzeń kosmiczną, co oznacza, że ich źródło musi znajdować się blisko Ziemi, oczywiście biorąc pod uwagę rozmiar kosmosu.

Promienie gamma docierające do naszej planety mogą nam wiele powiedzieć o swoim pochodzeniu, bo przemieszczają się przez przestrzeń kosmiczną bez zakłóceń. Jednak w przypadku naładowanych cząstek, znanych również jako promienie kosmiczne, sprawy są bardziej skomplikowane. Na promieniowanie kosmiczne przemieszczające się przez kosmos nieustannie wpływają pola magnetyczne, a takie pola są wszędzie we Wszechświecie. To sprawia, że promienie kosmiczne docierają do Ziemi ze wszystkich kierunków.

Te naładowane cząstki tracą część swojej energii po drodze, gdy oddziałują ze światłem i polami magnetycznymi. Te straty są szczególnie znaczące w przypadku najbardziej energetycznych elektronów i pozytonów, których energia przekracza jeden teraelektronowolt (TeV). Nie można zatem określić punktu pochodzenia promieniowania kosmicznego, wskazują autorzy publikacji, chociaż wykrycie naładowanych cząstek na Ziemi jest wyraźnym wskaźnikiem, że w pobliżu znajdują się potężne akceleratory cząstek promieniowania kosmicznego.

Wykrywanie elektronów i pozytonów o energiach kilku teraelektronowoltów nie należy do łatwych zadań. Obserwatoria kosmiczne posiadają małe detektory promieniowania kosmicznego, nie przekraczające metra kwadratowego i nie są w stanie uchwycić wystarczającej liczby takich cząstek. Instrumenty znajdujące się na powierzchni planety są większe, ale mogą one jedynie pośrednio wykrywać promieniowanie kosmiczne poprzez deszcz cząstek wtórnych powstałych przez interakcje promieniowania kosmicznego z ziemską atmosferą.

Zlokalizowane w Namibii obserwatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) wykorzystuje swoje teleskopy do przechwytywania i rejestrowania słabego promieniowania Czerenkowa wytwarzanego przez silnie naładowane cząstki i fotony, które wchodzą w atmosferę Ziemi. Chociaż głównym jego celem jest wykrywanie promieni gamma w celu zbadania ich źródeł, dane mogą być również wykorzystywane do wyszukiwania elektronów promieniowania kosmicznego.

Naukowcy przeszukali ogromny zbiór danych zebranych w ciągu dekady przez cztery 12-metrowe teleskopy obserwatorium H.E.S.S. W swoich analizach wykorzystali najbardziej wydajne algorytmy, które są w stanie wyodrębnić elektrony promieniowania kosmicznego z szumu tła z bezprecedensową wydajnością. Dzięki temu uzyskali unikalny zestaw danych do analizy elektronów promieniowania kosmicznego. Z tego zestawu udało im się wyodrębnić dane o promieniowaniu kosmicznym o najwyższych zakresach energii, aż do 40 TeV. Umożliwiło im to zidentyfikowanie załamania w rozkładzie energii elektronów promieniowania kosmicznego.

– To ważny wynik, ponieważ możemy wnioskować, że zmierzone elektrony promieniowania kosmicznego najprawdopodobniej pochodzą z niewielu źródeł w pobliżu naszego Układu Słonecznego, oddalonych maksymalnie do kilka tysięcy lat świetlnych, co jest bardzo małą odległością w porównaniu z rozmiarem naszej Galaktyki – wyjaśnia Kathrin Egberts z Uniwersytetu w Poczdamie, jedna z autorek badania.

Źródło: Centre national de la recherche scientifiqu, Live Science