Utah Üniversitesi’ndeki astrofizikçiler ve Teleskop Dizisi, teorik sınırların ötesinde enerjiye sahip kozmik ışınlar tespit ederek parçacık fiziğinin mevcut anlayışına meydan okuyor. Amaterasu parçacıkları ve Amaterasu parçacıkları da dahil olmak üzere bu keşifler, bilinmeyen kozmik olaylara işaret ediyor ve devam eden araştırmaların odak noktasını oluşturuyor.
Yeni adı verilen Amaterasu parçacığı, Amaterasu parçacığından sonra nadir, ultra yüksek enerjili kozmik ışınların kökeni, yayılması ve parçacık fiziği hakkındaki gizemi derinleştiriyor.
1991 yılında Utah Üniversitesi’nin Sinek Gözü deneyi şimdiye kadar gözlemlenen en yüksek enerjili kozmik ışını tespit etti. Daha sonra Aman Tanrım parçacığı olarak adlandırılan kozmik ışının enerjisi astrofizikçileri şok etti. Galaksimizdeki hiçbir şeyin onu üretecek gücü yoktu ve parçacık, diğer galaksilerden Dünya’ya gelen kozmik ışınlar için teorik olarak mümkün olandan daha fazla enerjiye sahipti. Basitçe söylemek gerekirse, parçacığın var olmaması gerekir.
Astronomik Gizemler
Teleskop Dizisi o zamandan beri 30’dan fazla ultra yüksek enerjili kozmik ışın gözlemledi, ancak hiçbiri Aman Tanrım düzeyindeki enerjiye yaklaşmadı. Henüz hiçbir gözlem bunların kökenini ya da Dünya’ya nasıl seyahat edebildiklerini ortaya koymadı.
“Amaterasu parçacığı” adı verilen, Teleskop Dizisi deneyinin yüzey dedektör dizisi tarafından gözlemlenen son derece enerjik kozmik ışının sanatçı tarafından çizilmiş çizimi. Katkıda bulunanlar: Osaka Metropolitan Üniversitesi/L-INSIGHT, Kyoto Üniversitesi/Ryuunosuke Takeshige
27 Mayıs 2021’de Teleskop Dizisi deneyi, ikinci en yüksek aşırı enerjili kozmik ışını tespit etti. 2,4 x 10’da20eV, bu tek atom altı parçacığın enerjisi bel hizasından ayak parmağınıza bir tuğla düşürmeye eşdeğerdir. Utah Üniversitesi (U) ve Tokyo Üniversitesi tarafından yönetilen Teleskop Dizisi, 700 km’yi kapsayan kare bir ızgarada düzenlenmiş 507 yüzey dedektör istasyonundan oluşur.2 (~270 mil2) Delta, Utah’ın dışında eyaletin Batı Çölü’nde. Olay, Teleskop Dizisinin kuzeybatı bölgesinde 23 dedektörü tetikleyerek 48 km’lik alana sıçradı.2 (28,5 mil2). Varış yönü, uzayın sınırındaki boş bir alan olan Yerel Boşluktan geliyormuş gibi görünüyordu. Samanyolu gökada.
“Parçacıklar o kadar yüksek enerjiye sahip ki, galaktik ve galaktik dışı manyetik alanlardan etkilenmemeleri gerekiyor. Telescope Array ABD’nin ortak sözcüsü ve çalışmanın ortak yazarı John Matthews, “Gökyüzünde nereden geldiklerini gösterebilmelisiniz” dedi. “Fakat Aman Tanrım parçacığı ve bu yeni parçacığın yörüngesini kaynağına kadar izlersiniz ve onu üretecek kadar yüksek enerjiye sahip hiçbir şey yoktur. İşin sırrı bu; neler oluyor?”
Amaterasu Parçacığı
24 Kasım 2023’te dergide yayınlanan gözlemlerinde BilimAraştırmacılardan oluşan uluslararası bir işbirliği, ultra yüksek enerjili kozmik ışını tanımladı, özelliklerini değerlendirdi ve nadir olayların bilim tarafından bilinmeyen parçacık fiziğini takip edebileceği sonucuna vardı. Araştırmacılar buna Japon mitolojisindeki güneş tanrıçasından esinlenerek Amaterasu parçacığı adını verdiler. Amaterasu parçacıkları farklı gözlem teknikleri kullanılarak tespit edildi; bu, nadir de olsa bu ultra yüksek enerji olaylarının gerçek olduğunu doğruladı.
Sanatçının, elektromanyetik alanlardan etkilenen daha zayıf bir kozmik ışının aksine, son derece enerjik olayları açıklığa kavuşturmak için ultra yüksek enerjili kozmik ışın astronomisini gösteren çizimi. Kredi bilgileri: Osaka Metropolitan Üniversitesi/Kyoto Üniversitesi/Ryuunosuke Takeshige
“Bu olaylar gökyüzünün tamamen farklı yerlerinden geliyormuş gibi görünüyor. Tek bir gizemli kaynak yok,” dedi U’da profesör ve çalışmanın ortak yazarı John Belz. “Uzay-zamanın yapısındaki kusurlar, kozmik sicimlerin çarpışması olabilir. Yani, geleneksel bir açıklaması olmadığı için insanların ortaya attığı çılgın fikirleri tükürüyorum.”
Doğanın Parçacık Hızlandırıcıları
Kozmik ışınlar, maddeyi atom altı yapılarına ayıran ve onu neredeyse ışık hızıyla Evrene fırlatan şiddetli gök olaylarının yankılarıdır. Esasen kozmik ışınlar, uzayda dolaşan ve neredeyse sürekli olarak Dünya’ya yağan, pozitif protonlardan, negatif elektronlardan veya tüm atom çekirdeğinden oluşan geniş bir enerji aralığına sahip yüklü parçacıklardır.
Kozmik ışınlar Dünya’nın üst atmosferine çarparak oksijen ve nitrojen gazı çekirdeğini patlatarak birçok ikincil parçacık oluşturur. Bunlar atmosferde kısa bir mesafe kat eder ve işlemi tekrarlayarak yüzeye saçılan milyarlarca ikincil parçacıktan oluşan bir yağmur oluşturur. Bu ikincil duşun kapladığı alan çok büyüktür ve dedektörlerin Teleskop Dizisi kadar geniş bir alanı kapsamasını gerektirir. Yüzey dedektörleri, araştırmacılara her bir kozmik ışın hakkında bilgi veren bir dizi enstrümantasyondan yararlanıyor; sinyalin zamanlaması onun yörüngesini gösterir ve her bir dedektöre çarpan yüklü parçacıkların miktarı birincil parçacığın enerjisini ortaya çıkarır.
Parçacıkların bir yükü olduğundan uçuş yolları, kozmik mikrodalga arka planı boyunca elektromanyetik alanlara karşı zikzak çizerken tilt makinesindeki bir topa benzer. Enerji spektrumunun alt ve orta uçlarında yer alan kozmik ışınların çoğunun yörüngesini izlemek neredeyse imkansızdır. Yüksek enerjili kozmik ışınlar bile mikrodalga arka planı tarafından bozulur. Amaterasu enerjisi ve Amaterasu enerjisine sahip parçacıklar galaksiler arası uzayda nispeten bükülmeden patlar. Yalnızca en güçlü göksel olaylar bunları üretebilir.
“İnsanların süpernova gibi enerjik olduğunu düşündüğü şeyler bunun için yeterince enerjik değildir. Parçacığı hızlanırken sınırlamak için çok büyük miktarda enerjiye, gerçekten yüksek manyetik alanlara ihtiyacınız var” dedi Matthews.
Ultra Yüksek Enerjili Kozmik Işınların Gizemi
Ultra yüksek enerjili kozmik ışınlar 5 x 10’u geçmelidir19 eV. Bu, tek bir atom altı parçacığın, birinci sınıf bir atıcının hızlı topuyla aynı kinetik enerjiyi taşıdığı ve herhangi bir insan yapımı parçacık hızlandırıcının başarabileceğinden on milyonlarca kat daha fazla enerjiye sahip olduğu anlamına gelir. Astrofizikçiler, Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) sınırı olarak bilinen bu teorik sınırı, bir protonun, mikrodalga arka plan radyasyonunun etkileşimlerinin etkisi enerjilerini almadan önce uzun mesafeler boyunca seyahat ederken tutabileceği maksimum enerji olarak hesapladılar. Aktif galaktik çekirdekler veya parçacık jetleri yayan birikim disklerine sahip kara delikler gibi bilinen kaynak adayları, Dünya’dan 160 milyon ışıkyılı uzaklıkta olma eğilimindedir. Yeni parçacık 2,4 x 1020 eV ve Aman Tanrım parçacığının 3,2 x 1020 eV kolayca sınırı aşabilir.
Araştırmacılar ayrıca kökenlerine dair ipuçları bulmak için kozmik ışın bileşimini de analiz ediyorlar. Demir çekirdeği gibi daha ağır bir parçacık, hidrojenden gelen protonlardan oluşan daha hafif bir parçacıktan daha ağırdır, daha fazla yüke sahiptir ve manyetik alanda bükülmeye daha duyarlıdır. atom. Yeni parçacık muhtemelen bir protondur. Parçacık fiziği, GZK sınırının ötesinde enerjiye sahip bir kozmik ışının, mikrodalga arka planın yolunu bozamayacak kadar güçlü olduğunu, ancak yörünge noktalarını boş uzaya doğru geriye doğru takip ettiğini belirtir.
Belz, “Belki manyetik alanlar düşündüğümüzden daha güçlüdür, ancak bu, on üzeri yirmi elektron volt enerjilerinde önemli bir eğrilik üretecek kadar güçlü olmadıklarını gösteren diğer gözlemlerle çelişiyor” dedi. “Bu gerçek bir gizem.”
Araştırma ve Teleskop Dizisinin Genişletilmesi
Teleskop Dizisi ultra yüksek enerjili kozmik ışınları tespit edecek şekilde benzersiz bir konuma sahiptir. Yaklaşık 1.200 m’de (4.000 ft) bulunur; bu, ikincil parçacıkların maksimum gelişimine izin veren, ancak çürümeye başlamadan önce en uygun yükseklik noktasıdır. Utah’ın Batı Çölü’ndeki konumu iki şekilde ideal atmosferik koşullar sağlar: Kuru hava çok önemlidir çünkü nem, tespit için gerekli olan ultraviyole ışığı emer; Işık kirliliği çok fazla gürültü yaratacağından ve kozmik ışınları engelleyeceğinden bölgenin karanlık gökyüzü önemlidir.
Astrofizikçiler hâlâ gizemli olaylar karşısında şaşkına dönüyor. Telescope Array, davanın çözülmesine yardımcı olacağını umdukları bir genişleme sürecinin ortasında. Tamamlandığında, 500 yeni sintilatör dedektörü Teleskop Dizisini genişletecek ve 2.900 km boyunca kozmik ışın kaynaklı parçacık yağmurlarını örnekleyecek.2 (1.100 mil2 ), neredeyse Rhode Island büyüklüğünde bir alan. Daha büyük ayak izinin, olup bitenlere ışık tutacak daha fazla olayı yakalayacağını umuyoruz.
Bu keşif hakkında daha fazla bilgi için:
Referans: “Yüzey dedektör dizisi tarafından gözlemlenen son derece enerjik bir kozmik ışın” 23 Kasım 2023, Bilim.
DOI: 10.1126/science.abo5095