天体物理学者は、高エネルギー宇宙線の到着方向に不均一性を発見しました

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天体物理学者は、高エネルギー宇宙線の到着方向に不均一性を発見しました
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Anonim
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高エネルギー宇宙線の到来方向に不均一性が見られました。したがって、それらの起源の問題を解決するために重要な一歩が踏み出されました。発見の著者は、16カ国から400人の専門家を含むピエールオージェ宇宙線天文台の共同研究で、光線は天の川の外で生まれると結論付けました。記事はジャーナルScienceに掲載されました。

宇宙線は、宇宙を移動し、自然界で最も高いエネルギーを持つ原子核です。一部の粒子のエネルギーは、最新の加速器で達成できるエネルギーよりもはるかに高く、109から1020電子ボルトの範囲です。

宇宙線の存在は50年前に知られるようになりましたが、その出現に至るメカニズムはまだわかっていません。見つけるために、天文学者は粒子が地球に来る場所からの方向を決定しようとしました。

1018電子ボルトを超えるエネルギーを持つ宇宙線が私たちの惑星の表面に到達することはめったにありません。フラックス密度は、1平方キロメートルあたり年間約1粒子であり、これは1世紀ごとにサッカー場に当たる1本の光線に相当します。さらに、宇宙線が地球の大気に到達すると、宇宙線が運ぶエネルギーは数百万分の1秒で消費されます。

ただし、高エネルギー粒子は、大規模な空気シャワーによって捕捉できます。これは、宇宙線が私たちの惑星のガスエンベロープと衝突する間に発生するカスケード反応です。宇宙からの一次粒子は空気と相互作用し、その結果、ハドロンと二次粒子の流れが生まれます。

大規模な空気シャワーは、光に近い速度で大気中に広がり、直径数キロメートルの円盤の形をしています。それらは通常100億以上の粒子を含んでいます。

新作の作者は、アルゼンチンにあるピエールオージェ宇宙線天文台で観測を行いました。天体物理学者は、透明な媒体内の荷電粒子によって引き起こされるチェレンコフグロー(バビロフ-チェレンコフ効果)を登録しました。

相対性理論によれば、高エネルギーの速い素粒子を含む物質体は、真空中の光速を超える速度で動くことはできません。ただし、透明な媒体では、光は低速で移動します。たとえば、ガラスや水中では、真空中の光の速度の60〜70パーセントの速度で移動します。この場合、高速粒子(たとえば、陽子や電子)がこの媒体内の光よりも速く移動することを妨げるものは何もありません。これにより、チェレンコフ放射が発生します。それを測定することによって、あなたは粒子のエネルギーを見つけることができます。

天文台の検出器は12トンの水が入ったプールです。それらは一緒になって、約3000平方キロメートルの領域をカバーする1,600個のオブジェクトの格子を形成します。さらに、天文台には、シャワーが通過したときに現れる大気中の窒素の蛍光の輝きを記録する機器があります。エアシャワーの粒子が地球に到達すると、検出器は信号を同時に記録しません。これにより、1度の精度でそれらの発生源を特定することができます。

研究者たちは、8×1018電子ボルトを超えるエネルギーを持つ約30,000の宇宙線を研究し、それらが由来する方向に異方性を発見しました。これは、高エネルギー粒子がすべての方向から均一に来るわけではないことを意味します。高エネルギー光線が約6パーセント頻繁に到達する領域があります。

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高エネルギー宇宙線のフラックス密度を示す銀河系の星図。十字は赤いスポットの中心への方向を示し、2つの円は68%と95%の信頼区間を示します。矢印は、さまざまなエネルギーのビームで予想されるたわみを示しています。

発見の統計的有意性は5.2シグマでした(1000万回のエラーの可能性のうち2回)。研究者の計算によると、宇宙線は天の川の外側の宇宙の一部から来ています。最大フラックスは、銀河の密度が比較的高い中心から120度に位置しています。しかし、分析が粒子の銀河系外の性質を直接示しているという事実にもかかわらず、研究者はそれらの源を正確に決定することができません。

まず第一に、これは宇宙線が天の川の磁場と途中で遭遇する銀河間空間で屈折するという事実によるものです。屈折角は最大で数十度になる可能性があり、銀河の磁場を知ることで、光線の真の到来方向を復元することができます。しかし、天の川の現在のモデルは不完全であり、これを行うことはできません。

それにもかかわらず、記事の著者は発見の重要性を強調しています。 「私たちは、これらの異常な粒子がどこでどのように生まれるかについての天体物理学者にとって重要なパズルを解くことに一歩近づいています」と、ピエールオージェ宇宙線天文台のコラボレーションのスポークスマンであるカールハインズカンパート教授は言います。

科学者が高い運動エネルギーで光線を検出できたことは注目に値します。これにより、磁場のたわみが少なくなり、光源をより正確に示すことができます。ただし、それらはさらに一般的ではないため、より正確な結果はすぐには表示されません。比較のために、現在の実験には12年かかりました。

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