科学者は12の潜在的なペバトロンを発見しました

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Anonim
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中国の天文台で、LHAASOは天の川内の12のソースから0.1から1.4ペタエレクトロンボルトのエネルギーで530個の光子を記録しました。そのうちの1つはかに星雲であることが判明し、他の11のソースの正確な場所と性質を特定できませんでした。そのような観測は、銀河のペバトロンの存在を確認します-私たちの銀河の宇宙加速器は、粒子をペタエレクトロンボルトのオーダーのエネルギーに加速します。彼らの研究は、そのようなオブジェクトが何であるか、そしてそれらの基礎にある物理的プロセスが何であるかを理解することを可能にするでしょう。記事はジャーナルNatureに掲載されました。

物理学者は、宇宙線(その源が地球外の物体である高エネルギー粒子)の存在について100年以上前から知っていました。そのような粒子のエネルギーは巨大な値に達します(最大1021電子ボルト-LHCリング内の粒子のエネルギーの1億倍)が、科学者はまだどの宇宙物体がそのような加速につながる可能性があるかを確実に言うことはできません。このような加速器の候補は、星の誕生、パルサー、超新星残骸、巨大なブラックホールの領域ですが、これまでのところ、特定の宇宙物体と超高エネルギー宇宙線を明確に接続することはできませんでした。

ペタエレクトロンボルトのオーダーのエネルギーを持つ宇宙線は特に興味深いものです。宇宙線のエネルギースペクトルのこの時点で、いわゆる「ひざ」があります。これは、このスペクトルの曲線の切れ目です。科学者たちは、そのような休憩を、エネルギー値がますます低くなる宇宙線の異なる性質と関連付けています。ペタエレクトロンボルトのオーダーのエネルギーを持つ粒子は、天の川内の宇宙加速器から地球に到着します。ペバトロンと呼ばれるのは、まさにそのような粒子の仮想的な発生源です。次に、はるかに高いエネルギーの宇宙線が私たちや他の銀河から到達する可能性があります。そのため、それらのフラックスは低下します。

それにもかかわらず、最近まで私たちの銀河内でペバトロンを検出することはできませんでした。最大0.04ペタ電子ボルトのエネルギーを持つ宇宙陽子の源は銀河中心、特に天の川の中心にある超大質量ブラックホールと呼ばれていました。しかし、荷電粒子の発生源の決定は、後者がそれらの移動の過程で、宇宙空間およびそれらの発生源の周りの強い磁場のために最初の軌道から逸脱することに成功するという事実によって複雑になります。この場合、物理学者は、加速された陽子や他の荷電粒子と宇宙環境との相互作用で生成されるはずの高エネルギー光子によって助けられます。このようなガンマ量子は、荷電粒子とは異なり、磁場によって偏向されません。つまり、それらのソースの位置は、それらの運動方向から決定できます。物理学者はすでに0.1ペタ電子ボルトをわずかに超えるエネルギーでこのようなガンマ線を記録していますが、ペバトロンの研究では、かなり高いエネルギーの光子を安定して登録する必要があります。

さて、ジェン・カオは同僚と一緒に、LHAASO天文台での測定結果を発表しました。科学者たちは、天の川内の12の源からの0.1から1.4ペタエレクトロンボルトのエネルギーで530個の光子を記録することに成功しました。天文台自体は2019年4月に打ち上げられ、宇宙線と高エネルギーガンマ線の超高感度登録用に設計されています。中国の四川省の高度4410メートルに位置し、宇宙粒子と地球の大気との相互作用の生成物である空気シャワーを記録するように設計されたさまざまな検出器の複合体全体が含まれています。設置面積は1平方キロメートルに達し、その上に5195個のシンチレーションカウンターと1188個のミューオン検出器が均等に配置され、その中央には、総面積が78,000平方メートルの3つの水チェレンコフ検出器と18個の幅の広いチェレンコフ検出器があります。視野。このような検出器のシステムは、0.1ペタ電子ボルトの登録された粒子のエネルギーで角度の3分の1の良好な角度分解能と20パーセントのエネルギー分解能を達成することを可能にします。

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LHAASO天文台の図。赤い点はシンチレーションカウンター、青い点はミューオン検出器、青い長方形は水チェレンコフ検出器、黒い長方形は広い視野のチェレンコフ検出器です。

検出された12個のオブジェクトのそれぞれが0.1ペタエレクトロンボルトを超えるエネルギーを持つガンマ量子のソースであるという事実の統計的精度は、7σを超えることが判明しました。 1.42±0.13ペタエレクトロボルトのガンマ量子の最大エネルギーは、ソースの1つについてのみ記録されました。残りのオブジェクトについては、この値は0.2〜0.9ペタエレクトロンボルトの範囲です。発生源の1つは、かに星雲であることが判明しました。これは、1000年前の超新星爆発の残骸です。 LHAASO天文台の場合、この星雲は、宇宙の同様のオブジェクトと重ならない星空のポイントとして表示されます。このおかげで、科学者たちは自信を持ってそれを登録された超高エネルギーガンマ量子の源と呼ぶことができました。つまり、実際にはそれをペバトロンとして認識しました。

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星空で検出されたソースの位置。

残りの11個のオブジェクトについては、作品の作者は自分たちの性質を決定するタスクを設定しませんでした。それにもかかわらず、発見された源の位置は、それらが物理学者にすでになじみのある高エネルギー陽子および電子加速器である可能性があることを示唆しています:パルサー、プレリオン、超新星残骸および若い巨大な星のクラスター。特に、そのような源の1つは、超高エネルギーガンマ量子がすでに地球に到着している「白鳥の繭」星形成領域にある可能性があります。さらに、科学者は検出された光源のエネルギースペクトルを測定しました。これは、ペバトロンのメカニズムの研究にも役立ちます。得られた結果は、その性質に関係なく、天の川内のペバトロンの豊富さをすでに示しています。将来的には、超高エネルギーガンマ量子のソースを登録するためにLHAASO天文台が必要とする閾値放射線フラックスは、少なくとも1桁減少するでしょう。これは、発見されたペバトロンの数が急速に増加することを意味し、それらの観測により、物理学者はそのような宇宙線加速器の性質を理解することができます。

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3つの線源からの放射線のエネルギースペクトルとそれらの強度の角度分布。

超高エネルギーのガンマ量子を登録するだけでなく、ペバトロンを検索することも可能です。天体物理学のニュートリノは、このタスクで物理学者を助けることもできます。これらの最も軽い粒子がニュートリノ望遠鏡を使用して登録される方法と理由については、私たちの資料「WhoShot」で読むことができます。

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