Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Polscy fizycy zbadali plazmę kwarkowo-gluonową i wyjaśnili różnice między teorią a obserwacjami

Recommended Posts

Gdy rozpędzone niemal do prędkości światła jony ołowiu lub złota wpadną na siebie w czeluściach akceleratorów, na ułamki sekund tworzy się plazma kwarkowo-gluonowa. Zdaniem naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, dane eksperymentalne wskazują, że na arenie wydarzeń są tu obecni jeszcze inni, dotychczas niedoceniani aktorzy: fotony. Ich zderzenia prowadzą do emisji pozornie nadmiarowych cząstek, których obecności nie potrafiono wyjaśnić.

Plazma kwarkowo-gluonowa to bezsprzecznie najbardziej egzotyczny ze znanych nam stanów materii. W akceleratorze LHC w CERN pod Genewą tworzy się ona podczas centralnych zderzeń dwóch nadlatujących z naprzeciwka jonów ołowiu, poruszających się z prędkościami bardzo bliskimi prędkości światła. Kwarkowo-gluonowa zupa bywa też doprawiona innymi cząstkami. Niestety, opis teoretyczny przebiegu wydarzeń z udziałem plazmy oraz jej koktajlu nie w pełni odpowiadał danym zebranym w eksperymentach. W artykule opublikowanym na łamach czasopisma Physics Letters B grupa naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie wyjaśniła przyczynę zaobserwowanych rozbieżności. Dane zebrane w trakcie zderzeń jąder ołowiu w akceleratorze LHC, a także podczas zderzeń jąder złota w akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory koło Nowego Jorku, zaczynają się zgadzać z teorią, gdy w opisie zachodzących procesów uwzględni się zderzenia między fotonami otaczającymi oba oddziałujące ze sobą jony.

Z pewnym przymrużeniem oka można powiedzieć, że przy odpowiednio wielkich energiach masywne jony zderzają się nie tylko swoimi protonami i neutronami, ale nawet swoimi chmurami fotonów, mówi dr Mariola Kłusek-Gawenda (IFJ PAN) i od razu precyzuje: Przy opisie kolizji jonów w LHC już wcześniej uwzględnialiśmy zderzenia między fotonami. Dotyczyły one jednak tylko zderzeń ultraperyferyjnych, w których jony nie trafiają w siebie, lecz mijają się niezmienione, oddziałując wyłącznie własnymi polami elektromagnetycznymi. Nikt nie przypuszczał, że zderzenia fotonów mogą odgrywać jakąkolwiek rolę w brutalnych interakcjach, gdzie protony i neutrony dosłownie zlewają się w kwarkowo-gluonową zupę.

W warunkach znanych z codziennego życia fotony nie zderzają się ze sobą. Gdy jednak mamy do czynienia z masywnymi jonami rozpędzonymi niemal do prędkości światła, sytuacja staje się inna. Jądro złota zawiera 79 protonów, jądro ołowiu aż 82, ładunek elektryczny każdego jonu jest więc odpowiednio wiele razy większy od ładunku elementarnego. Nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych są fotony, zatem każdy jon można traktować jako obiekt otoczony chmurą wielu fotonów. Co więcej, w akceleratorach RHIC i LHC jony poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła. W rezultacie i one, i otaczająca je chmura fotonów, z punktu widzenia obserwatora w laboratorium sprawiają wrażenie niezwykle cienkich placków, spłaszczonych w kierunku ruchu. Z każdym przelotem takiego protonowo-neutronowego naleśnika wiąże się wyjątkowo gwałtowna oscylacja pól elektrycznego i magnetycznego.

W elektrodynamice kwantowej, teorii używanej do opisu elektromagnetyzmu z uwzględnieniem zjawisk kwantowych, istnieje maksymalna wartość krytyczna pola elektrycznego, rzędu dziesięć do szesnastej woltów na centymetr. Dotyczy ona statycznych pól elektrycznych. W przypadku zderzeń masywnych jąder atomowych w RHIC czy LHC mamy do czynienia z polami dynamicznymi, pojawiającymi się na zaledwie milionowe części jednej miliardowej jednej miliardowej sekundy. Przez tak ekstremalnie krótki czas pola elektryczne w zderzeniach jonów mogą być nawet stukrotnie silniejsze od wartości krytycznej.

W istocie pola elektryczne jonów zderzających się w LHC bądź RHIC są tak potężne, że pod ich wpływem powstają wirtualne fotony i dochodzi do ich zderzeń. W wyniku tych procesów w różnych punktach wokół jonów, gdzie wcześniej nie było niczego materialnego, powstają pary lepton-antylepton. Cząstki każdej pary rozbiegają się w charakterystyczny sposób: typowo w przeciwnych kierunkach i niemal prostopadle do pierwotnego kierunku ruchu jonów, wyjaśnia dr hab. Wolfgang Schäfer (IFJ PAN) i przypomina, że do rodziny leptonów są zaliczane elektrony oraz ich bardziej masywne odpowiedniki: miony i taony.

Interakcje fotonów i związana z nimi produkcja par lepton-antylepton są kluczowe w zderzeniach peryferyjnych. Kolizje tego typu krakowscy fizycy opisali już kilka lat wcześniej. Ku własnemu zaskoczeniu, teraz udało się im wykazać, że te same zjawiska odgrywają niemałą rolę również w bezpośrednich zderzeniach jąder, nawet centralnych. Z danych zebranych dla jąder złota w RHIC i jąder ołowiu w LHC wynika bowiem, że podczas takich zderzeń pojawia się pewna „nadmiarowa” liczba par elektron-pozyton, które stosunkowo wolno rozbiegają się w kierunkach niemal prostopadłych do wiązek jonów. Ich istnienie udało się wyjaśnić właśnie poprzez uwzględnienie produkcji par lepton-antylepton przez zderzające się fotony.

Prawdziwą wisienką na torcie okazał się dla nas fakt, że uzupełniając dotychczasowe narzędzia opisu zderzeń masywnych jonów o nasz formalizm zbudowany na tak zwanych funkcjach Wignera mogliśmy wreszcie wytłumaczyć, dlaczego detektory największych współczesnych eksperymentów akceleratorowych rejestrują takie a nie inne rozkłady leptonów i antyleptonów uciekających z miejsca kolizji jąder (dla ustalonej centralności zderzenia). Nasze rozumienie najważniejszych zachodzących tu procesów stało się bardziej kompletne, podsumowuje prof. dr hab. Antoni Szczurek (IFJ PAN).

Prace nad krakowskim modelem zderzeń foton-foton sfinansowano ze środków Narodowego Centrum Nauki. Model wzbudził zainteresowanie fizyków pracujących przy detektorach ATLAS i ALICE akceleratora LHC i zostanie użyty już w najbliższych analizach danych eksperymentalnych.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 1.05.2021 o 11:22, KopalniaWiedzy.pl napisał:

milionowe części jednej miliardowej jednej miliardowej sekundy

To nic nie znaczy. Tego nikt nie rozumie. Co innego, gdy piszemy o czasie rzędu joktosekundy (1 ys = 10^-24 s).

Edited by Usher

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po wielkiej pompie publicznej prezentacji pierwszych zdjęć z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba nadszedł czas codziennej pracy.  W ramach trwającego właśnie 1. Cyklu obserwacyjnego Space Telescope Science Institute rozdysponował około 6000 godzin czasu obserwacyjnego. Naukowcy z całego świata od długiego czasu mogli wnioskować o przyznanie im możliwości skorzystania z teleskopu.
      Wielu specjalistów chce dokładniej zbadać planety pozasłoneczne. Drake Deming z University of Maryland będzie badał skład molekularny atmosfery planety HD 189733b, a naukowcy z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka mają zamiar przeprowadzić podobne badania w odniesieniu do gorącego Jowisza WASP-121b. Interesujące wyniki mogą dać badania składu atmosfery podobnej do Ziemi egzoplanety GI486b, które planuje wykonać Megan Mansfield z University of Arizona. Z kolei Christine Chen z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa chce poszukać odpowiedników Pasa Kuipera w pozasłonecznych układach planetarnych.
      Popularnością cieszą się też badania całych galaktyk. Naukowcy chcą scharakteryzować ultrajasne galaktyki z początków istnienia wszechświata, mają zamiar zbadać emisję z kwazarów z okresu formowania się galaktyk, a Helmut Dannerbauer z Instituto de Astrofisica de Canarias chce zajrzeć do wypełnionego pyłem wnętrza tworzącej się gromady galaktyk Spiderweb.
      Niektórzy naukowcy mają zamiar w swojej pracy sięgnąć aż do epoki rejonizacji, która rozpoczęła się około 150 milionów lat po Wielkim Wybuchu. W epoce tej wodór został ponownie zjonizowany. Było to jedno z najważniejszych wydarzeń ery materii, które zakończyło tzw. wieki ciemne w historii wszechświata. Naukowcy z Kalifornii chcą badać echa kwazarów z tego okresu, a Johna Chisholma z Arizony interesuje jonizująca jasność galaktyk. z kolei Anson D'Aloisio otrzymał czas obserwacyjny na potrzeby zbadania pierwszych zjonizowanych bąbli gazowych.
      Wielu naukowców interesuje jednak nasze najbliższe sąsiedztwo. Webb zostanie wykorzystany przez nich do poszukiwań 10-kilometrowych obiektów transneptunowych, badania atmosfery Neptuna i systemu klimatycznego Plutona. Badane będą związki lotne w główny pasie asteroid, a Larissa Markwardt ma zamiar przeprowadzić pierwsze badania spektroskopowe w bliskiej podczerwieni planetoid trojańskich na orbicie Neptuna.
      Jeszcze inni uczeni wykorzystają Webba do zbadania początków Mgławicy Kraba, emisji energii i materiału z supernowej SN 1987A, najjaśniejszej supernowej od 1604 roku czy spróbują opisać formacje pyłu w prymitywnych środowiskach. Spora część czasu obserwacji zostanie przeznaczona na badanie czarnych dziur. Chi-kwan Chan i Andreas Gaspar chcą zbadać emisję w ultrafiolecie z centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittariusa A*, a Anil Seth będzie przyglądał się aktywnym jądrom galaktyk o niskiej jasności.
      Webb otwiera przed światem nauki całkowicie nowe możliwości. Astronomowie będą mogli korzystać z nich być może nawet przez 20 lat. Dzięki idealnemu wystrzeleniu teleskopu nie musiał on bowiem zużywać paliwa na liczne korekty kursu i już teraz wiemy, że wystarczy mu go na ponad 20 lat pracy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy, na którego czele stoją uczeni z Holandii, informuje, że nie znalazł śladów ciemnej materii w galaktyce AGC 114905. Obecnie powszechne jest przekonanie, że galaktyki mogą istnieć wyłącznie dzięki ciemnej materii, której oddziaływanie utrzymuje je razem.
      Przed dwoma laty Pavel Mancera Piña i jego zespół z Uniwersytetu w Groningen poinformowali o zidentyfikowaniu sześciu galaktyk, zawierających niewiele lub nie zawierających w ogóle ciemnej materii. Wówczas usłyszeli od swoich kolegów, by lepiej poszukali, a przekonają się, że musi tam ona być. Teraz, po prowadzonych przez 40 godzin obserwacjach za pomocą Very Large Array (VLA) uczeni potwierdzili to, co zauważyli wcześniej – istnienie galaktyk bez ciemnej materii.
      AGC 114905 znajduje się w odległości 250 milionów lat świetlnych od Ziemi. To skrajnie rozproszona galaktyka (UDG – ultra diffuse galaxy) karłowata, ale określenie „karłowata” odnosi się w jej przypadku do jasności, a nie wielkości. Galaktyka jest bowiem wielkości Drogi Mlecznej, ale zawiera około 1000-krotnie mniej gwiazd. Przeprowadzone obserwacje i analizy przeczą przekonaniu, jakoby wszystkie galaktyki, a już na pewno karłowate UDG, mogły istnieć tylko dzięki utrzymującej je razem ciemnej materii.
      Pomiędzy lipcem a październikiem 2020 roku naukowcy przez 40 godzin zbierali za pomocą VLA dane dotyczące ruchu gazu w tej galaktyce. Na podstawie obserwacji stworzyli grafikę pokazującą odległość gazu od galaktyki na osi X oraz jego prędkość obrotową na osi Y. To standardowy sposób badania obecności ciemnej materii. Tymczasem analiza wykazała, że ruch gazu w AGC 114905 można całkowicie wyjaśnić odwołując się wyłącznie do widocznej materii.
      Tego oczekiwaliśmy i spodziewaliśmy się, gdyż potwierdza to nasze wcześniejsze obserwacje. Problem jednak pozostaje, gdyż obecnie obowiązujące teorie mówią, że AGC 114905musi zawierać ciemną materię. Nasze obserwacje wskazują, że jej tam nie ma. Po kolejnych badaniach mamy zatem coraz większą rozbieżność między teorią a obserwacjami, stwierdza Pavel Mancera Piña.
      Naukowcy próbują więc wyjaśnić, co stało się z ciemną materią. Wedle jednej z wysuniętych przez nich hipotez, AGC 114905 mogłaby zostać pozbawiona ciemnej materii przez wielkie sąsiadujące z nią galaktyki. Problem w tym, że nie ma takich galaktyk. Zeby wyjaśnić ten brak ciemnej materii na gruncie powszechnie akceptowanego modelu kosmologicznego Lambda-CDM musielibyśmy wprowadzić do niego parametry o ekstremalnych wartościach, znajdujących się daleko poza akceptowanym zakresem. Również na gruncie alternatywnego modelu – zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej – nie jesteśmy w stanie wyjaśnić ruchu gazu w tej galaktyce.
      Uczeni mówią, że istnieje pewne założenie, które mogłoby zmienić wnioski z ich badań. Założeniem tym jest kąt, pod jakim sądzą, że obserwowali AGC 114905. Jednak kąt ten musiałby się bardzo mocno różnić od naszych założeń, by we wnioskach było miejsce na istnienie ciemnej materii, mówi współautor badań Tom Oosterloo. Tymczasem zespół badań kolejną UDG. Jeśli i tam nie znajdzie śladów ciemnej materii, będzie to bardzo silnym potwierdzeniem dotychczasowych spostrzeżeń.
      Warto tutaj przypomnieć, że już 3 lata temu donosiliśmy, że zespół z Yale University odkrył pierwszą galaktykę bez ciemnej materii. Metoda wykorzystana przez Holendrów jest bardziej wiarygodna i odporna na zakłócenia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wulkaniczne szczyty Hawajów, pustynia Atacama w Chile i góry Wysp Kanaryjskich to najlepsze na Ziemi miejsca do uprawiania astronomii. To tam znajdują się najbardziej zaawansowane teleskopy. Teraz nauka może zyskać kolejne takie idealne miejsce. Chińscy specjaliści poinformowali, że znajduje się ono w pobliżu miasta Lenghu w prowincji Qinghai.
      Wyżyna Tybetańska ma wiele zalet z punktu widzenia astronomii. Jest położona wysoko nad poziomem morza, jest tam niewielkie zanieczyszczenie sztucznym światłem i niska wilgotność. Astronomowie od wielu lat mieli nadzieję, że uda się na niej zlokalizować miejsce nadające się do prowadzenia obserwacji. Jednak warunki środowiskowe powodują, że prowadzenie zaawansowanych badań astronomicznych byłoby tam zbyt trudne lub niemożliwe. Opinie takie są tym bardziej uzasadnione, że przed kilkunastu laty prowadzono badania w Ngari, Muztagh Ata i Daocheng. Żadne z tych miejsce nie miało warunków dobrych dla astronomii. Wielu specjalistów uważa też, że przechodzące w pobliżu Lenghu burze piaskowe wykluczają ten obszar jako miejsce wybudowania wielkich teleskopów.
      Jednak Licai Deng i jego koledzy z Narodowych Obserwatoriów Astronomicznych Chin Chińskiej Akademii Nauk postanowili spróbować szczęścia. Od 2018 roku monitorują zachmurzenie, jasność nocnego nieba, temperaturę powietrza, wilgotność oraz siłę i kierunek wiatru wiejącego na wierzchołku C góry Saishiteng, położonego na wysokości 4200 m. n.p.m.
      Naukowcy stwierdzili, że podczas około 70% nocy niebo jest na tyle wolne od chmur, że można prowadzić obserwacje. Jeśli zaś chodzi o widzialność (seeing), czyli kluczowy parametr określający, w jaki stopniu turbulencje atmosfery prowadzą do rozmazywania się obrazu gwiazd, to mediana wzdłuż promienia świetlnego wynosi 0,75 sekundy kątowej, czyli 1/4800 stopnia. Mediana nocnych zmian temperatury na szczycie to 2,4 stopnia Celsjusza, a opad pary wodnej jest przeważnie nie większy niż 2 mm.
      Parametry na wierzchołku C Saishiteng są więc porównywalne do tak znanych miejsc prowadzenia obserwacji astronomicznych jak Manua Kea na Hawajach, Cerro Paranal w Chile czy La Palma na Wyspach Kanaryjskich. To właśnie tam znajdują się najpotężniejsze ziemskie teleskopy. Badane przez Chińczyków miejsce wydaje się mieć też kilka wyjątkowych zalet. Jedną z nich są niewielkie fluktuacje temperatury, co wskazuje na bardzo stabilne powietrze. Kolejna zaleta to fakt, że w zimie temperatura spada tam poniżej -20 stopni Celsjusza, co czyni Saishiteng świetnym miejscem dla obserwacji w podczerwieni. A niewielka ilość pary wodnej oznacza, że może być to idealne miejsce dla urządzeń działających w paśmie teraherców, za pomocą których badany jest ośrodek międzygwiezdny, co pozwala na lepsze zrozumienie pochodzenia gwiazd, galaktyk i samego wszechświata.
      Chiny mają spore ambicje odnośnie badań astronomicznych. Jednak Państwo Środka wyraźnie odstaje od innych. Znajduje się tam niewiele większych teleskopów, a głównym problemem jest właśnie brak dobrego miejsca do obserwacji. Dlatego też chińskie środowisko naukowe już chce rozpocząć prace nad teleskopami, które staną na Saishiteng. Uniwersytet Nauki i Technologii buduje właśnie teleskop optyczny o aperturze 2,5 metra, który ma rozpocząć pracę w 2023 roku. Pojawiły się też propozycje budowy obserwatorium słonecznego i zespołu teleskopów o nazwie Near Earth Object Hunter. Całe chińskie środowisko astronomiczne zaproponowało też rządowi w Pekinie budowę teleskopu o aperturze 12 metrów.
      Chińczycy mają nadzieję, że w Saishiteng w przyszłości staną międzynarodowe teleskopy. Dobre miejsca do obserwacji astronomicznych zawsze są w cenie. A ostatnio stały się jeszcze bardziej cenne, gdyż rdzenni mieszkańcy Hawajów nie chcą, by na Mauna Kea powstawały kolejne teleskopy.
      Nowe miejsce nie tylko przysłużyłoby się nauce, wypełniło istniejącą lukę jeśli chodzi o obserwatoria na wschodniej półkuli, ale byłoby też niezwykle ważne z punktu widzenia Chin. Pozwoliłoby ono zwiększyć współpracę Państwa Środka z międzynarodowym środowiskiem naukowym.
      Historia badań wierzchołka C Saishiteng pod kątem przydatności dla astronomii sięga roku 2017, kiedy to Licai Deng stwierdził, że rosnące zanieczyszczenie sztucznym światłem znacznie utrudnia mu obserwacje. Zaczął poszukiwać innego miejsca. Został wówczas zaproszony przez władze miasta Lenghu do oceny warunków na Saishiteng. Lenghu było w przeszłości 100-tysięcznym miastem, którego gospodarka opierała się na polach naftowych. Gdy jednak ropa się skończyła, pozostało kilkuset mieszkańców.
      Deng podpisał pięcioletni kontrakt, w ramach którego miał sprawdzić warunki panujące na górze Saishiteng, na którą nikt wcześniej się nie wspinał. Gdy uczony wraz z zespołem weszli na szczyt, okazało się, że główne obawy astronomów dotyczące tego miejsca – dotyczące burz piaskowych – są bezpodstawne. Piasek pozostał poniżej. Niebo oczyszczało się na wysokości 3800–4000 metrów. A 200 metrów wyżej, tam, gdzie można by prowadzić obserwacje, piasek nie stanowił problemu. "Nikt nie mógł tego wiedzieć bez wdrapania się na szczyt", stwierdził uczony.
      Deng i jego koledzy dziesiątki razy wspinali się na szczyt, wnosząc tam sprzęt. Miejscowe władze wynajęły śmigłowiec, by im pomóc i rozpoczęły budowę drogi, która po 18 miesiącach dotarła do wierzchołka C. Deng przeniósł tam swój teleskop, a władze wprowadziły już zakaz zanieczyszczania sztucznym światłem obszaru 18 000 kilometrów kwadratowych wokół wierzchołka.
      Licai Deng i jego zespół opublikowali wyniki swoich badań na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W bezmiarze naszej galaktyki astrofizycy od lat tropią pevatrony, naturalne akceleratory cząstek o monstrualnych energiach. Dzięki obserwatorium promieniowania kosmicznego HAWC właśnie natrafiono na kolejny prawdopodobny ślad ich istnienia. Szczególnie istotny jest fakt, że tym razem wysokoenergetyczne fotony udało się nie tylko zarejestrować, ale i ustalić prawdopodobne miejsce ich pochodzenia.
      Wiemy, że istnieją, nie wiemy, gdzie dokładnie się znajdują i jak wyglądają. Pevatrony – bo o nich tu mowa – to największe naturalne akceleratory cząstek w naszej galaktyce, zdolne przyspieszać protony i elektrony do energii nawet biliardy razy większej od energii fotonów światła widzialnego. Problem z wykryciem pevatronów wynika z faktu, że przyspieszane przez nie cząstki niosą ładunek elektryczny, są więc odchylane przez pola magnetyczne w galaktyce. Odkrycie, którego właśnie dokonano dzięki danym zebranym przez obserwatorium HAWC (High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory), w istotnym stopniu przybliża nas do znalezienia pierwszego kosmicznego pevatronu i zrozumienia jego natury.
      Obserwatorium HAWC znajduje się na zboczu wulkanu Sierra Negra w Meksyku, na wysokości 4100 m n.p.m. Składa się z 300 zbiorników z wodą, z których każdy jest otoczony czułymi fotopowielaczami. Gdy do wnętrza jakiegoś zbiornika wpada cząstka wtórnego promieniowania kosmicznego poruszająca się z prędkością większą od prędkości światła w wodzie, pojawia się elektromagnetyczny "grzmot" – słaby błysk promieniowania (Czerenkowa), wykrywany i wzmacniany przez fotopowielacze. Uważna analiza błysków zaobserwowanych w tym samym czasie w poszczególnych zbiornikach pozwala wydobyć informację o rodzaju, energii i kierunku cząstki pierwotnego promieniowania kosmicznego, która zainicjowała zarejestrowaną kaskadę cząstek wtórnych.
      Na podstawie danych zebranych przez HAWC udało się nam ustalić źródło fotonów o energiach około 200 teraelektronowoltów. Jak na fotony to wartość wręcz ekstremalna, sto bilionów razy większa od energii typowej dla fotonów dostrzeganych przez nasze oczy - mówi dr hab. Sabrina Casanova z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie. Razem z dr. Franciskiem Salesa Greusem (IFJ PAN & IFIC) i doktorantem Dezhim Huangiem z Michigan Technological University w Houghton (USA) jest ona jednym z głównych autorów analizy opublikowanej na łamach znakomitego czasopisma astronomicznego The Astrophysical Journal Letters.
      W stosunku do protonów i elektronów, fotony mają przyjemną cechę: ignorują pola magnetyczne i biegną do celu po najkrótszej drodze, na jaką pozwala czasoprzestrzeń. Zatem gdy w obrębie galaktyki zidentyfikuje się kierunek, z którego nadlatują fotony, zwykle można ustalić ich źródło. Nie jest to zadanie łatwe, lecz w tym przypadku się udało. Źródłem fotonów 200 TeV okazały się okolice niedawno odkrytego pulsara eHWC J1825-134, widocznego na półkuli południowej w tle gwiazdozbioru Żagla, a leżącego w odległości około 13 tysięcy lat świetlnych od Ziemi.
      Obserwacje tak wysokoenergetycznych fotonów zdarzają się rzadko, jeszcze rzadziej udaje się ustalić źródło. Rekord należy obecnie do fotonów o energii 450 TeV, wykrytych za pomocą chińsko-japońskiego detektora ASgamma w Tybecie. W tamtym przypadku fotony nadlatywały z okolicy pulsara w słynnej mgławicy Krab w tle gwiazdozbioru Byka.
      Obecnie znamy dwa mechanizmy mogące tłumaczyć istnienie fotonów o energiach 200 TeV i większych - tłumaczy dr Salesa Greus, po czym precyzuje: Zgodnie z pierwszym, źródłem tak energetycznych fotonów mogłyby być elektrony o nieco większych energiach, emitowane przez pozostałości supernowych czy pulsary i następnie oddziałujące z wypełniającym Wszechświat mikrofalowym promieniowaniem tła. Ten przypadek wydaje się pasować do mgławicy Krab. Drugi wariant przebiegu wydarzeń zakłada, że fotony rodzą się wskutek oddziaływania protonów wyemitowanych przez pulsar z materią w przestrzeni międzygwiazdowej. Co szczególnie interesujące, w tym scenariuszu energie protonów muszą być przynajmniej rząd wielkości większe od energii obserwowanych fotonów!
      Rejon pulsara eHWC J1825-134 to złożona struktura astronomiczna, w jej obrębie znajduje się kilka źródeł wysokoenergetycznego promieniowania gamma. Badaczom z HAWC udało się ustalić, że miejscem pochodzenia fotonów o energii 200 TeV nie był sam pulsar, lecz nieznane wcześniej źródło: leżący w pobliżu obłok materii międzygwiazdowej. Otacza on młodą, liczącą mniej więcej milion lat, gromadę gwiazd, oznaczoną jako [BDS2003] 8. Zaobserwowane fotony mogły więc być wyemitowane przez protony pochodzące z pulsara eHWC J1825-134, które w obrębie gromady gwiezdnej [BDS2003] 8 miały dostatecznie dużo czasu, by rozpędzić się w tutejszych polach magnetycznych do energii rzędu kilku petaelektronowoltów i w interakcjach z materią obłoku wyprodukować odpowiednio energetyczne fotony. Jeśli ten wariant przebiegu wydarzeń zostanie potwierdzony w kolejnych obserwacjach, mielibyśmy do czynienia z największym pevatronem zidentyfikowanym w naszej galaktyce.
      Na razie mamy zbyt mało danych, by jednoznacznie rozstrzygnąć o naturze kosmicznego akceleratora odpowiedzialnego za powstawanie fotonów 200 TeV w rejonie eHWC J1825-134. Jeśli jednak gdzieś kryje się jakiś galaktyczny pevatron, nam udało się znaleźć naprawdę wyśmienitego kandydata - zauważa dr Casanova.
      Badania naukowców z IFJ PAN sfinansowano z grantu Narodowego Centrum Nauki.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...