Sygnały radiowe pozwalają na identyfikację cząstek kosmicznych

astronomersu

LOFAR, wielki międzynarodowy teleskop, może być teraz wykorzystywany jako detektor cząstek. Astronomowie stworzyli model pozwalający na określenie typu i źródła pochodzenia wpadających w atmosferę ziemską cząstek. Wczoraj w magazynie Nature opublikowany został artykuł prezentujący wyniki badań.

LOFAR standardowo wykrywa bardzo słabe promieniowanie radiowe wczesnego Wszechświata. Jednak od czasu do czasu obserwuje także bardzo krótkie, jasne błyski radiowe. Typowe radio samochodowe odbiera je jako szum – to ostatni sygnał cząsteczki elementarnej wchodzącej w ziemską atmosferę. Astronomowie poznali teraz kod pozwalający na określenie typu i źródła takich cząsteczek.

Supernowe, umierające gwiazdy, czarne dziury. Wszystkie te obiekty uważane są za potencjalne źródła kosmicznych cząstek. Jednak tak naprawdę nigdy nie udało się tego potwierdzić. Kosmiczne cząstki to cząstki elementarne przemierzające Wszechświat z energią miliony razy większą od  osiąganej w największych akceleratorach cząsteczek na świecie. Ich oddziaływanie z ziemskim polem magnetycznym prowadzi do powstania krótkich sygnałów radiowych, krótszych od miliardowej części sekundy. Tysiące anten LOFAR rozmieszczone na potężnym obszarze rozciągającym się od Irlandii po Szwecję, Polskę, Szwajcarię i Francję pomagają odkryć takie sygnały i precyzyjnie je zmierzyć.

Wykrycie sygnału to jedna rzecz, znalezienie jego źródła to coś zupełnie innego. Po raz pierwszy astronomom udało się obliczyć i stworzyć model zarejestrowanej cząsteczki. „Teraz możemy identyfikować wystrzeliwane w naszą stronę kule,” powiedział Heino Falcke. Falcke jest profesorem radioastronomii na Radboud University w Holandii i kierownikiem rady naukowej LOFAR. „W większości przypadków taką kulą jest pojedynczy proton czy lekkie jądro atomu helu.” Wskazuje to, że źródło tych cząstek leży najprawdopodobniej w Drodze Mlecznej – a to stoi w sprzeczności z większością wcześniejszych teorii.

„Z uwagi na ogromną energię, większość astrofizyków zakłada, że cząstki kosmiczne mają swoje źródło w dalekim kosmosie, np. w czarnych dziurach znajdujących się w innych galaktykach,” mówi Stihn Buitink. Prof. Buitink z Vrije Universiteit Brussel jest pierwszym autorem artykułu, który ukazał się w Nature. „Uważamy, że pochodzą one z bliskiego źródła, a energii nabywają  przelatując w pobliżu kosmicznych akceleratorów w Drodze Mlecznej – np. w pobliżu bardzo masywnych gwiazd…”

Źródłem kosmicznych cząstek są kosmiczne akceleratory miliony razy silniejsze od Wielkiego Zderzacza Hadronów (LHC) w Genewie. „Te cząsteczki tak czy inaczej docierają do Ziemi, my musimy je tylko znaleźć,” mówi Falcke. Nowy model umożliwiający astronomom identyfikacje nadlatujących cząsteczek otwiera nowe okno do wszechświata wysokich energii. „Teraz możemy zając się fizyką wysokich energii za pomocą prostych anten radiowych.”

Prof. Olaf Scholten, astrofizyk z University of Groningen tłumaczy, że wynik opiera się na bardzo szczegółowej wiedzy o procesach prowadzących do emisji radiowej w kaskadzie cząsteczek rozpoczętej w momencie uderzenia kosmicznej cząstki w ziemską atmosferę.

Więcej informacji:

Źródło: Radboud University