物理学者は宇宙線中のヘリウム同位体の比率を測定します

ビデオ: 物理学者は宇宙線中のヘリウム同位体の比率を測定します

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 京都大学 市民講座「物理と宇宙」第5回「原子核と元素合成の秘密」川畑 貴裕 京都大学理学研究科准教授(物理学第二教室)2017年10月15日 2023, 1月
物理学者は宇宙線中のヘリウム同位体の比率を測定します
物理学者は宇宙線中のヘリウム同位体の比率を測定します
Anonim
Image
Image

AMS-02のRICH検出器

物理学者は、国際宇宙ステーションに搭載されたAMS機器によって収集された宇宙線のヘリウムフラックスの測定結果を発表しました。ほとんどの場合、元素の同位体の変動は一貫して発生し、高エネルギー粒子の多くの特性はより重い原子核のデータに対応することが判明しました、と著者はジャーナルPhysical ReviewLettersに書いています。

宇宙線は、地球の大気と絶えず衝突する巨大で高エネルギーの粒子です。それらの発生源は活動銀河核と超新星爆発であると考えられていますが、ほとんどの場合、それらの到着方向を十分な精度で追跡することはできません。

宇宙線には多くの粒子が含まれており、その主なものは陽子です。ただし、それらには、電子、より重い元素の原子核、およびいくつかの反粒子も含まれています。宇宙線は、非常に高エネルギーの光子と呼ばれることもあります。このような運動パラメータでは、運動エネルギーが残りのエネルギーよりも何倍も高いため、その特性は巨大な粒子に似ています。

ほとんどの宇宙線粒子は帯電しているため、磁場の影響を受けます。これらは、宇宙線の拡散を引き起こし、それらの源を特定することを困難にする大規模な銀河および銀河間場の両方である可能性があり、太陽と地球によって作成されたものを含む、より多くの局所場である可能性があります。

ISS機器AMSからのデータを処理する科学者は、ヘリウムに専念した2011年から2017年までの測定値の分析結果を発表しました。合計で、約1億個のヘリウム4核と約1800万個のヘリウム3核が記録されました。これらの結果は、これらの粒子で以前に利用可能であった2倍のエネルギーをカバーしています。

Image
Image

核子あたりの運動エネルギーの関数としてのヘリウム同位体のフラックスの比率。新しいデータは赤い点、赤い点線で示されています-理論的予測。

より一般的な同位体であるヘリウム4は、原始元素合成の時代の初期の宇宙で大量に形成され、今日まで恒星の核で生成され続けています。希少なヘリウム3は通常、宇宙での核反応の結果として生成されます。たとえば、ヘリウム4の高エネルギー原子核が星間物質の粒子と衝突した場合などです。これらの原子核のパラメータの観測された分布の違いは、天の川の全体的な特性とその中の宇宙線の伝播の性質を推定することを可能にします。

AMSでの粒子研究は、いくつかの検出器を使用して実行されます。イベントごとに、シリコントラッカーのトレースが調査されます。これにより、デバイスの磁場での粒子のたわみの程度に基づいて粒子の運動量を計算できます。ただし、これには速度情報が必要です。速度情報は、低エネルギー粒子の場合は飛行時間チャンバーを使用して、高エネルギーの場合はリングイメージングチェレンコフカウンター(RICH)を使用して取得します。また、ヘリウムを他の粒子から分離する電荷数も測定します。

宇宙線スペクトルを構築する方法はいくつかありますが、そのうちの1つは磁気剛性に基づいています。この値は、ジャイロ半径と磁場の積、または超相対論的極限の場合の粒子エネルギーとその電荷の比率に等しくなります。この特性は、質量や電荷に関係なく、同じ剛性を持つ物体が磁場内で同じダイナミクス(たとえば、同じ軌道に沿って移動する)を持つため便利です。

4ギガボルト未満の剛性の場合、両方の同位体の時間への顕著な長期依存性があることが判明しました。2015年以降、そのようなパラメーターを持つ粒子はより少なく観察されました。同時に、これは剛性の高い粒子では観察されませんでした。それらの流束は時間に依存しませんでした。これは太陽活動の周期に関連しており、太陽風と銀河宇宙線との相互作用のモデルを洗練することを可能にします。

4ギガボルトの硬度領域で最大値をとるホウ素核と酸素およびホウ素と炭素の比率とは対照的に、ヘリウム3とヘリウム4のフラックスの比率は単調に減少し、4ギガボルトを超えると次のように記述されました単一の指数を持つべき乗則による高精度。著者らは、驚いたことに、高剛性での依存性は、以前に研究されたより重い原子核と同様に、ヘリウム同位体でも同じであることが判明したことを個別に指摘しています。

Image
Image

磁気剛性に対するヘリウム同位体のフラックス比の時間平均依存性。変動は剛性の低い領域で観察され、4ギガボルトを超えると、曲線は単一のべき乗則関数によって適切に記述されます。

以前、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、宇宙線の最も感度の高い検出器で観測を開始し、また、作用によって引き起こされるガンマ範囲での月の明るい輝きを観測したことが報告されました遠方の空間からの粒子の。

トピックによって人気があります