новости космоса
1916 14
17 октября 2020 11:37:43

В энергетическом спектре самых мощных частиц Вселенной обнаружена новая особенность

Частицы размером меньше атома несутся через вселенную почти со скоростью света, выброшенные в космос из чего-то, где-то в космосе.

Научное сотрудничество обсерватории Пьера Оже, в том числе исследователи из Университета Делавэра, с беспрецедентной точностью измерили самую мощную из этих частиц - космические лучи сверхвысокой энергии. При этом они обнаружили «излом» в энергетическом спектре, который проливает больше света на возможное происхождение этих субатомных космических путешественников.

Выводы команды основаны на анализе 215030 событий анализа космических лучей с энергией выше 2,5 квинтиллионов электронвольт (эВ), зарегистрированных за последнее десятилетие обсерваторией Пьера Оже в Аргентине. Это самая большая в мире обсерватория для изучения космических лучей.

Новая спектральная особенность, излом в энергетическом спектре космических лучей около 13 квинтиллионов электрон-вольт, представляет собой нечто большее, чем просто точки на графике. Это приближает человечество на шаг ближе к разгадке загадок самых энергичных частиц в природе, по словам Фрэнка Шредера, доцента Исследовательского института Бартола факультета физики и астрономии Университета штата Вашингтон, который участвовал в исследовании при поддержке исследовательского фонда Делавэра. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.

«С тех пор, как 100 лет назад были открыты космические лучи, возник давний вопрос: что ускоряет эти частицы?» - сказал Шредер. «Измерения, проведенные коллаборацией Пьера Оже, дают важные подсказки о том, что мы можем исключить как источник. Из предыдущей работы мы знаем, что ускоритель находится не в нашей галактике. С помощью этого последнего анализа мы можем дополнительно подтвердить наши более ранние указания на то, что сверхвысокие энергии космические лучи - это не только протоны водорода, но и смесь ядер более тяжелых элементов, и этот состав изменяется с изменением энергии».

Шредер и научный сотрудник UD Алан Коулман, которые участвовали в анализе данных, уже несколько лет являются членами коллаборации Пьера Оже. UD официально присоединился к сотрудничеству в качестве институционального члена в 2018 году. Эта команда, состоящая из более чем 400 ученых из 17 стран, управляет обсерваторией, которая занимает территорию площадью 1200 квадратных миль.

Обсерватория имеет более 1600 детекторов, называемых водно-черенковскими станциями, разбросанными по высоким равнинам Пампа Амарилла (Желтая прерия), за которыми наблюдают 27 телескопов. В совокупности эти инструменты измеряют энергию, выделяемую частицей космических лучей сверхвысокой энергии в атмосфере, и обеспечивают косвенную оценку ее массы. Все эти данные - энергия, масса и направление, откуда прибыли эти необычные частицы - дают важные подсказки об их происхождении.

Ранее ученые думали, что эти частицы космических лучей сверхвысокой энергии были в основном протонами водорода, но последний анализ подтверждает, что частицы имеют смесь ядер, некоторые из которых тяжелее кислорода или гелия, например кремний и железо.

На изогнутом графике, представляющем энергетический спектр космических лучей, вы можете увидеть изгиб - крутой сплющенный участок - между областью, называемой учеными «лодыжкой», и начальной точкой графика.

«У нас нет конкретного названия для этого», - сказал Коулман, входивший в команду из 20 человек, которая написала компьютерную программу и произвела обработку информации, необходимую для обширного анализа данных. «Я думаю, у нас не хватает частей анатомии, чтобы это можно было назвать», - шутя сказал он.

Принимая непосредственное участие в открытии, Коулман улучшил реконструкцию каскада частиц, который космические лучи создают при столкновении с атмосферой, чтобы оценить энергию. Он также провел подробные исследования, чтобы убедиться, что эта новая точка перегиба была реальной, а не артефактом детектора. Работа группы данных заняла более двух лет.

«Очевидно, это довольно незначительно», - сказал Коулман о призрачном изломе. «Но каждый раз, когда вы видите такой удар, это означает, что физика меняется, и это очень интересно».

По словам Коулмана, очень сложно определить массу падающих космических лучей. Но измерения, проведенные коллаборацией, настолько надежны и точны, что теперь можно исключить ряд других теоретических моделей происхождения космических лучей сверхвысокой энергии, в то время как другие пути можно использовать с большей энергией.

Активные ядра галактик (AGN) и галактики со вспышками звездообразования сейчас используются в качестве потенциальных источников. Хотя их типичное расстояние составляет около 100 миллионов световых лет, некоторые кандидаты находятся в пределах 20 миллионов световых лет.

«Если бы мы узнали об источниках, мы могли бы изучить новые подробности того, что происходит», - сказал Коулман. Что происходит, что позволяет получить эти невероятно высокие энергии? Эти частицы могут исходить от чего-то, чего мы даже не знаем".

Текущие исследования команды UD направлены на дальнейшее повышение точности измерения космических лучей сверхвысоких энергий и расширение точных измерений спектра космических лучей до более низких энергий. По словам Шредера, это создаст лучшее совпадение с другими экспериментами, такими как измерения космических лучей IceCube на Южном полюсе - еще одной уникальной обсерватории астрочастиц, в которой активно участвует Университет Делавэра.


(Добавил: RoboAstroNews)

комментарии
1
3713 · 17-10-2020

Вася, - это атмосферные помехи. В кошмос лететь надо.

2
Leonid3138 · 17-10-2020

Ваня, прежде чем давать советы, надо хотя бы чуть, ну минутку, подумать.
События такой энергии штучны!
Инструмент из новости раскидан на площади в сотню квадратных километров, да ещё за Черенковским свечением следят десятки телескопов и ловят одну частицу в полчаса, если повезёт. Даже если вы запустите в космос футбольное поле датчиков, вы сможете уловить одну частицу в год и за тысячу лет может набраться материал для коротенькой заметки в arxiv.org :-))

3
viktorchibis34 · 17-10-2020

У меня, естественно, ряд вопросов (и м.б. ответов).
1. Технический вопрос – Что там на графике отложено по вертикальной оси?
2. О каких частицах идёт речь? Ядра атомов? Термин из новости «частицы имеют смесь ядер» я понимаю – «чудо» перевода.
3. Энергия, конечно, впечатляет. Помнится в детстве спорили – Кто назовет самое большое число? Побеждал всегда квинтиллион. Наиболее хитрые говорили «квинтиллион квинтиллионов». Но, если учесть заявленное условие – «несутся через вселенную почти со скоростью света», то можно ещё парочку нулей прибавить до ровного счета.
Главный вопрос, конечно, – Кто (что) их так разогнал? Пока не локализован источник, вариантов ответа несколько. К названным источникам – «Активные ядра галактик (AGN) и галактики со вспышками звездообразования», я бы добавил ещё два: (1) – дипольный эл. момент СМЧД (джет торцом на нас), и (2) - выброс мощного магнитного поля при лопаньи бублика меньшей СМЧД (при объединении двух СМЧД), канализирующего движение заряженных частиц.
Оба варианта, конечно, можно посчитать, но на это мне понадобится минимум неделя.

4
graviton25 · 17-10-2020

(2).Leonid3, Да, Вы правы. Вот я, недавно думал на эту тему. И, поэтому только начав читать это сообщение, как сразу созрело прозрение. Большое спасибо!

5
postoronnim_-2 · 17-10-2020

"... созрело прозрение." И где плоды?!

6
ostman6 · 17-10-2020

400 ученых из 17 стран обнаружили некий излом (колено). Впечатляющий результат. Продолжайте наблюдение.

7
Leonid3138 · 17-10-2020

"..Что там на графике отложено по вертикальной оси?.." (с)viktorchibis
Условно говоря [штуки/(метр квадратный*секунду)] ;-)
Теперь надо искать механизм вызвавший нарушение естественного плавного уменьшения количества с увеличением энергии 8-)

8
3713 · 18-10-2020

К 2. Leonid3, В космосе этих частиц намного больше. До дна атмосферы долетает не более нескольких процентов.

9
Pourquoi16 · 18-10-2020

Частицы с условной энергией 5х10Е+18 электрон-вольт (раньше так учили писать через дефис , так что извините) и больше начинают преодолевать какой то энергетический барьер скорее всего в окрестностях Земли (то ли атмосферы, то ли магнито то ли ионо сферы) очень похоже на фотоэффект, т.е нужно преодолеть "работу выхода" Вот уж поле для фантазий . Я думаю пора высказаться автору "дипольных симплов здесь нутром чую интересную физикуЗдорово было бы более детально узнать парметры этого излучения (горба) условную "диаграмму направленности" ,массу частиц и пр.

10
viktorchibis34 · 18-10-2020

Интересная тема, захотелось над ней подумать. Посмотрел оригиналы двух статей. Первый раз увидел статьи с 400 авторов из 96 научных учреждений (23 и 5 страниц в два столбика мелкого шрифта соответственно). Но что удивительно, в обеих статьях отсутствует график с «лодыжкой». Он был предоставлен университетом Делавера в обзорную статью сайта ФИЗОРГа, с которого перепечатывают наши новости. Соответственно, в оригиналах нет и расшифровки методики формирования этого графика. А именно это я так и не могу понять – Каким образом энергию совершенно разных частиц КЛ (ядер) пересчитали в какой-то пронормированный параметр в зависимости от величины их энергии (?).
Leonid, м.б. ещё раз проясните мне этот вопрос – что означает параметр Е^2.7 на графике, и почему Вы интерпретируете его, как шт. (чего)?
.
PS: Для справки – «В дополнение к резервуарам черенковских детекторов, заполненных водой, в обсерватории Пьера Оже в Аргентине есть второй вид ловушек космических лучей - детекторы флуоресценции», которые также были задействованы в измерениях.
Соответственно, актуальным становится вопрос процессов, происходящих с релятивистскими частицами в среде, втч образование фотонов, «движущихся» со скоростью меньше скорости света в вакууме. Именно в данном направлении я и собираюсь «покопаться» с позиций положений KST.

11
Leonid3138 · 18-10-2020

37, ещё раз -- "События такой энергии штучны!" и именно поэтому чтобы поймать её необходимо максимально возможная площадь детекторов.
..
Pourquoi, сама частица не достигает детекторов на поверхности Земли, она сталкивается с атомом атмосферы на высотах 100--80 км и погибает сама, но вызывая рождение кучи частиц тоже высоких энергий, которые в свою очередь сталкиваясь с атмосферой рождают ещё каждая свою кучу и образуется конус вторичных частиц, а в детекторы попадают пятое -- десятое поколение рассеянных по большой площади. Здесь-то при обработке получившегося массива данных без компьютера не обойтись и можно подсчитать и энергию родителя, и ~направление полёта, и типы происходящих преобразований энергии в массу :-)) Коллайдеру до таких энергий ещё ой как далеко.
(В докомпьютерную эпоху для ловли таких ливней раскладывались на высокогорных плато фотопластинки, выдерживались день--неделю, затем проявлялись и вручную проводили измерения яркости, положение и карандашиком на листочке производили вычисления -- вот люди были :-)) )

12
MP159 · 18-10-2020

Под фото описание: Поток космических лучей зависит от их энергии. Чем выше энергия, тем реже космические лучи. Однако большой график показывает, что эта взаимосвязь не является линейной. Некоторые части графика указывают на то, что что-то происходит при определенной энергии. Эти особенности неофициально ученые называют «коленом», «лодыжкой» и «пальцем ноги», а также «новым перегибом», измеренным коллаборацией обсерватории Пьера Оже. На вставке подробно показана эта особенность. Каждую особенность можно интерпретировать как изменение состава космических лучей при соответствующих энергиях.
Картинка предоставлена: Университетом штата Делавэр.

13
viktorchibis34 · 19-10-2020

МР, обратите внимание на:
(1) - «Некоторые части графика указывают на то, что что-то происходит при определенной энергии».
(2) - «особенность можно интерпретировать как изменение состава космических лучей при соответствующих энергиях».
Я понимаю, что здесь присутствуют особенности перевода, но мне представляется, что Pourquoi прав, и данное «колено» отражает результат процесса взаимодействия КЛ со средой (1) – то есть процесс детектирования сигнала, а не «изменение состава КЛ» (2) – то есть процесс испускания сигнала.
Для анализа этого и надо знать методику, как они нормировали энергию потока КЛ, в результате чего и вылезло «колено». В статьях коллаборации Пьера Оже об этом ни слова.
В результате вся новость, которая написана, похоже, со слов mr. Коулмана, трансформировалась в направлении поиска моделей источников КЛ (чем вероятно и занимаются специалисты UD). Но мне представляется, что искать причину формирования «колена» надо в (1)-м направлении.

14
Leonid3138 · 19-10-2020

viktorchibis, ну написали же в скобках (scaled -- приведённый, нормированный), а уж с чему приводят для ясности, я и не знаю. (Скажем в России до сих пор применяют ТУТ Тонна Условного Топлива, в Америке баррель, унция, уж не говоря про Англию.)
Тепло-, массо- обмен изучали, вспомните какие там коэффициенты подобия (от Рейнольдса до Нуссельта) и в каких степенях применяются в формулах, полагаю и здесь что-то похожее. Зато в знаменателе единицы измерения полная ясность -- 1/(метр квадратный * секунду * стерадиан) -- без вариантов :-))

написать комментарий наверх
Для добавления комментария необходимо зарегистрироваться, а затем войти на сайт используя свой логин и пароль.

Если Вы уже зарегистрировались, но забыли пароль - воспользуйтесь нашим разделом восстановления пароля.

© 2002-2020. Все права защищены. AstroNews.ru | Перепечатка любых материалов сайта без разрешения редакции запрещена!