Araştırma grubu, kozmik ışın sülfürün özelliklerini ve diğer birincil kozmik ışınların bileşimini ortaya koyuyor

Uzayda hareket eden yüksek enerjili parçacık kümeleri olan yüklü kozmik ışınlar ilk olarak 1912’de fizikçi Victor Hess tarafından tanımlandı. Keşfedilmelerinden bu yana, uydu verilerini veya diğer deneysel yöntemleri kullanarak kökenlerini, ivmelerini ve uzayda yayılmalarını daha iyi anlamayı amaçlayan çok sayıda astrofizik çalışmasına konu oldular.

Uzayda büyük bir manyetik spektrometre tarafından toplanan verileri analiz eden büyük bir araştırma grubu olan Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) işbirliği, yakın zamanda belirli kozmik ışın türlerinin özellikleri ve bileşimi hakkında yeni bilgiler topladı. yayınlanan yeni bir makalede, Fiziksel İnceleme Mektupları (PRL), birincil kozmik ışın karbonu, neon ve magnezyum bileşimi ile kozmik ışın sülfürün bileşimi ve özelliklerini özellikle ortaya çıkardılar.

AMS İşbirliği sözcüsü Samuel Ting, Phys.org’a “Kozmik ışınları inceleyen öncü deneyler tipik olarak %30 ila %50 arasında bir hataya sahiptir ve çoğunlukla kinetik enerjide nükleon başına 50 Giga elektron-volt’un altındadır.” “Bu büyük hata ölçümleri, birçok teorik modelle uyuşan önemli bilgiler sağlar. Uluslararası Uzay İstasyonundaki Alfa Manyetik Spektrometre deneyi, temel parçacıkların (elektronlar, pozitronlar, protonlar ve antiprotonlar) ve periyodik tablonun tüm elementlerinin yüzde doğruluk ölçümlerini sağlar. nükleon başına 1.000 Giga elektron volttan fazla kinetik enerjiye.”

AMS dedektörü tarafından toplanan son ölçümlerden bazılarının mevcut teorik fizik modellerini kullanarak açıklanması zor olmuştur. Örneğin, ışınlardaki tüm yüklü parçacıkların sertliğini (yani momentum/yük) ölçen AMS dedektörü, araştırmacıların birincil ve ikincil ışınlar olarak adlandırdığı iki farklı türde yüklü kozmik ışının özelliklerine yeni ışık tutan veriler topladı. .

Birincil kozmik ışınlar (örneğin, He, C, O, Ne, Mg, Si, S, Fe, …) çekirdekleri yıldızlarda sentezlenir ve süpernova gibi astrofiziksel kaynaklarda ve ikincil kozmik ışınlarda (örneğin Li, Be, B) hızlandırılır. , F, …) çekirdekler, birincil kozmik ışının yıldızlararası ortamla etkileşimlerinde üretilir” diye açıkladı Ting. “Son çalışmalarımızda öne çıkan PRL önceki iki yayında kozmik ışınların benzersiz özelliklerini keşfetmemizden ilham aldı.”

İçinde önceki bir kağıt, AMS İşbirliği, Ne, Mg ve Si içeren birincil kozmik ışın akışlarının, He, C, O ve Fe parçacıkları içeren birincil kozmik ışınların katılık bağımlılığından önemli ölçüde farklı olan 86.5 Giga volt üzerinde özdeş bir katılık bağımlılığına sahip olduğunu gösterdi. Bu, birincil kozmik ışınların, ekibin Ne-Mg-Si ve He-C-O-Fe olarak adlandırdığı en az iki alt sınıfa ayrılabileceğini gösteriyor.

Ting, “Şimdiye kadar, kükürt kozmik ışınlarının özellikleri hakkında çok az şey biliniyor.” Dedi. “Yeni çalışmalarımız gibi kozmik sülfürün özelliklerine odaklanan hassas çalışmalar, birincil kozmik ışınlara ilişkin yeni bilgiler sağlayabilir ve kaç tane birincil kozmik ışın sınıfının var olduğunu ortaya çıkarmamıza yardımcı olabilir.”

İçinde başka bir önceki çalışma, Ting ve işbirlikçileri, N, Na ve Al kozmik ışınlarının birincil ve ikincil kozmik ışınların kombinasyonları olduğunu öne süren kanıtlar buldular. Daha sonra, bu kozmik ışınların akışlarını geniş bir katılık aralığında (yani, birkaç Giga volttan Tera volta kadar) hassas bir şekilde ölçtüler ve benzersiz birincil ve ikincil bileşenlerini belirlemek için spektrum özelliklerini analiz ettiler.

Ting, “Örneğin, kaynaktaki Na/Si ve Al/Si bolluk oranları doğrudan sırasıyla 0,036±0,003 ve 0,103±0,004 olarak ölçüldü” dedi. “Bu ölçümler kozmik ışın modellerinden bağımsızdır. Mevcut yayınımızda, geleneksel olarak birincil kozmik ışınlar olduğu varsayılan C, Ne, Mg ve S’nin birincil ve ikincil bileşimlerini ölçmek için bu yöntemi genişlettik. Beklenmedik bir şekilde bulduk ki bu elementlerin tümü, daha ağır kozmik ışınların yıldızlararası ortamla çarpışmasından kaynaklanan önemli ikincil katkılara sahiptir.”

AMS, örneğin hızlandırıcılar kullanarak temel parçacıkların aranmasına yardımcı olmak gibi genellikle Dünya üzerinde deneyler yapmak için kullanılan oldukça hassas bir manyetik spektrometreye dayanır. Temel parçacıkların ve çekirdeklerin yükü, kütlesi, momentumu ve enerjisi hakkında bağımsız olarak veri toplayan altı tespit elemanından oluşur.

AMS şu anda uzayda bulunan tek manyetik spektrometredir ve Dünya’daki araştırmacılar, güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlamak için altı unsurunun her birinin işleyişini yakından ve sürekli olarak izlemektedir. Spektrometre, 2011 yılında uzaya, özellikle Uluslararası Uzay İstasyonuna gönderilmeden önce, farklı CERN parçacık hızlandırıcıları kullanılarak dikkatli bir şekilde kalibre edildi.

Ting, “Sonuçların doğruluğunu ve güvenilirliğini sağlamak için ham veriler iki ila dört uluslararası araştırma grubu tarafından bağımsız olarak analiz edildi.” Dedi. “AMS verilerinin ilk 10 yılını, yani yaklaşık 200 milyar kozmik ışını analiz ederek, 90 Giga voltun üzerinde kozmik ışınlardaki kükürt akışının katılık bağımlılığının Ne-Mg-Si akılarının katılık bağımlılığıyla aynı olduğunu gözlemledik. Bu, He-CO-Fe akıları sertlik bağımlılığından farklıdır. Bu, S’nin beklenmedik bir şekilde, birincil kozmik ışınların Ne-Mg-Si sınıfına ait olduğunu gösterir.”

Altı farklı detektörden geçen 200 milyar kozmik ışınla ilgili verileri analiz etmek zaman alan ve zahmetli bir işti. Nihayetinde, verilerin doğruluğu İtalya, İsviçre, Çin ve Amerika Birleşik Devletleri’nde bulunan dört bağımsız araştırma ekibi tarafından doğrulandı ve çapraz kontrol edildi.

“Ayrıca geleneksel birincil kozmik ışınların S, Ne, Mg ve C’nin oldukça büyük ikincil bileşenleri olduğunu da bulduk. Kükürt, C, Ne ve Mg kozmik çekirdekleriyle birlikte birincil bileşenlerin bir toplamı olarak sunulabilir (yayılmadan önce) Samanyolu) ve ikincil bileşen (yayılma sırasında ve sonrasında),” dedi Ting, “Kozmik ışın kaynağındaki bolluk oranı S/Si için 0,167±0,006, Ne/Si için 0,833±0,025, Mg/Si için 0,994’tür. ±0,029 ve C/O için 0,836±0,025. Bu doğrudan ölçümler kozmik ışın modellerinden bağımsızdır.”

Özellikle AMS İşbirliği, evrendeki S akışını birkaç Giga volttan Tera volta kadar doğru bir şekilde ölçen ilk şirketti. Bulguları, kozmik ışınların, bileşimlerinin ve özelliklerinin anlaşılmasına büyük katkı sağlıyor.

AMS işbirliği tarafından gerçekleştirilen analizler, sonuçta, S, C, Ne ve Mg kozmik ışın akıları birincil ve ikincil katkılarının, N, Na ve Al akılılarından önemli ölçüde farklı olduğunu göstermektedir. Hiçbiri mevcut kozmik ışın modelleri tarafından tahmin edilemeyen bulguları, yıldızlardaki nükleosentezin yanı sıra kozmik ışınların kaynağı ve yayılmasının daha iyi anlaşılmasına toplu olarak yardımcı olabilir.

Ting, “AMS şimdi kozmik elementlerin hassas çalışmasına devam edecek” diye ekledi. “Şu anda dedektörümüzü, kabulünü %300 artırarak güncelliyoruz. 2030 yılına kadar beyazla işaretlenmiş kalan ağır kozmik ışın elementlerinin özelliklerini keşfedeceğiz. Böylece 2030 yılına kadar kozmik ışın kaynağı hakkında doğru ve kapsamlı bilgi sağlayacağız. Bu, kozmik ışınların nerede ve nasıl oluştukları veya bize nasıl ulaştıkları gibi gizemlerini ortaya çıkaracaktır.Sonraki çalışmalarımızda, elektronların, pozitronların, antiprotonlar ve antidöteronlar 2030 yılına kadar, pozitron anizotropi çalışmasıyla birlikte pozitron, elektron, antiproton ve antideuteron spektrumları çalışmamız, mevcut beklenmedik AMS sonuçlarının bir açıklamasını sağlayacaktır.”

AMS verilerini analiz ederken, Ting ve işbirlikçileri aynı zamanda antihelium da dahil olmak üzere uygun ağır antimadde adayları olabilecek birkaç parçacık gözlemlediler. Bu nedenle, özellikle antikarbon ve antioksijen olmak üzere bu parçacıkların daha fazlasını aramaya devam etmeyi planlıyorlar. Eşzamanlı olarak, heliosferdeki tüm kozmik ışınların hem 11 yıllık hem de 22 yıllık güneş döngüleri boyunca günlük akış değişimlerini analiz ediyorlar, bu da başka ilginç keşifler sağlayabilir.

© 2023 Bilim X Ağı