_ Astronomii măsoară electronii cosmici la cele mai mari energii de până acum

Cinci telescoape ale colaborării H.E.S.S. din Namibia sunt folosite pentru a studia radiațiile cosmice, în special radiații gama. Cu date din 10 ani de observații, cercetătorii au reușit acum să detecteze electroni și pozitroni cosmici cu o energie fără precedent de peste 10 tera-electronvolți.

Deoarece particulele încărcate sunt deviate în toate direcțiile de câmpurile magnetice. în vecinătatea noastră cosmică, este dificil să le determinăm originea. De data aceasta, însă, calitatea remarcabilă a spectrului de energie măsurată a particulelor până la cele mai mari valori de energie deschide noi posibilități: oamenii de știință bănuiesc că un pulsar, care poate fi la cel mult câteva mii de ani lumină distanță, ar putea fi sursa. .

Universul găzduiește medii extreme, de la cele mai reci temperaturi până la cele mai energetice surse. Obiectele extreme precum rămășițele de supernovă, pulsarii sau nucleele galactice active produc particule încărcate și radiații gamma cu energii mult peste cele atinse în procesele termice, cum ar fi fuziunea nucleară în stele.

În timp ce razele gamma emise traversează spațiul netulburat. , particulele încărcate – sau razele cosmice – sunt deviate de câmpurile magnetice omniprezente din univers și ajung pe Pământ izotrop din toate direcțiile. Aceasta înseamnă că cercetătorii nu pot deduce direct originea radiației.

În plus, particulele încărcate pierd energie prin interacțiunile cu lumina și câmpurile magnetice. Aceste pierderi sunt deosebit de puternice pentru cei mai energici electroni și pozitroni (antiparticulele electronului încărcate pozitiv) cu energii peste marcajul tera-electronvolt.

Atunci când instrumentele de pe Pământ măsoară particule cosmice încărcate cu energii atât de înalte. , înseamnă că nu au călătorit departe. Acest lucru indică existența unor acceleratori naturali puternici de particule în apropierea sistemului nostru solar.

Într-o nouă analiză, oamenii de știință de la H.E.S.S. colaborarea s-a restrâns pentru prima dată de unde provin aceste particule cosmice. Punctul de pornire al analizei este măsurarea spectrului razelor cosmice, adică distribuția energiei electronilor și pozitronilor măsurați. Analiza se bazează pe 10 ani de observații, ceea ce garantează o calitate ridicată a datelor. Spectrul de electroni integrat se extinde până la câteva zeci de tera-electronvolți.

Lucrul este publicat în jurnalul Physical Review Letters.

„Măsurarea noastră nu oferă doar date într-un punct crucial. și o gamă de energie neexplorată anterior, influențând înțelegerea noastră asupra cartierului local, dar este, de asemenea, probabil să rămână un punct de referință pentru anii următori”, spune Werner Hofmann de la Institutul Max Planck pentru Fizica nucleară în Heidelberg.

În spectrul, care este caracterizat de bare de eroare relativ mici la energiile TeV, este izbitoare o îndoire proeminentă la aproximativ un tera-electronvolt. Atât deasupra, cât și sub această întrerupere, spectrul urmează o lege a puterii fără alte anomalii.

Pentru a afla ce proces astrofizic a accelerat electronii la energii atât de mari și care este originea îndoirii, cercetătorii a comparat aceste date cu predicțiile modelului. Sursele candidate sunt pulsarii, care sunt rămășițe stelare cu câmpuri magnetice puternice. Unii pulsari sufla un vânt de particule încărcate în împrejurimile lor, iar frontul de șoc magnetic al acestui vânt ar putea fi locul în care particulele experimentează un impuls.

Același lucru este valabil și pentru fronturile de șoc ale rămășițelor supernovei. Modelele computerizate arată că electronii accelerați în acest fel călătoresc în spațiu cu o anumită distribuție a energiei. Aceste modele urmăresc electronii și pozitronii pe măsură ce se deplasează prin Calea Lactee și calculează modul în care energia lor se schimbă pe măsură ce interacționează cu câmpurile magnetice și lumina din Calea Lactee.

În acest proces, particulele pierd atât de multă energie încât spectrul lor energetic inițial este distorsionat. În pasul final, astrofizicienii încearcă să-și adapteze modelul la date pentru a afla mai multe despre natura surselor astrofizice.

Dar ce obiect a aruncat electronii în spațiu pe care l-au măsurat telescoapele? Spectrul de particule cu energii sub un tera-electronvolt constă probabil din electroni și pozitroni de la diferiți pulsari sau rămășițe de supernovă.

La energii mai mari, totuși, apare o imagine diferită: spectrul de energie scade abrupt de la aproximativ un teraelectronvolt. . Acest lucru este confirmat și de modelele care studiază particulele accelerate de sursele astronomice și difuzia lor prin câmpul magnetic galactic. Această tranziție la un tera-electronvolt este deosebit de pronunțată și excepțional de ascuțită.

„Acesta este un rezultat important, deoarece putem concluziona că electronii măsurați provin cel mai probabil din foarte puține surse din vecinătatea propriului nostru solar. sistem, până la maximum câteva mii de ani lumină distanță”, spune Kathrin Egberts de la Universitatea din Potsdam. Această distanță este relativ mică în comparație cu dimensiunea Căii Lactee.

„Surse aflate la distanțe diferite ar elimina considerabil această îndoire”, continuă Egberts.

Conform lui Hofmann, chiar și un un singur pulsar ar putea fi responsabil pentru spectrul de electroni la energii mari. Cu toate acestea, nu este clar care este. Deoarece sursa trebuie să fie foarte aproape, doar câțiva pulsari intră sub semnul întrebării.

(Fluierul)