การวิจัยใหม่เผยว่าอิเล็กตรอนและโพซิตรอนจากรังสีคอสมิกที่ทรงพลังที่สุดเท่าที่เคยตรวจพบพุ่งเข้าสู่ชั้นบรรยากาศโลกมีพลังงานสูงจนสามารถมาจากบริเวณใกล้เคียงได้เท่านั้น
เราค่อนข้างปลอดภัยและได้รับการปกป้องบนพื้นผิวโลก โดยมีฟองอากาศปกคลุมอยู่ แต่โลกของเรากลับถูกโจมตีจากรังสีคอสมิกอย่างต่อเนื่อง
เราไม่รู้มากนักเกี่ยวกับอนุภาคทรงพลังเหล่านี้ที่พุ่งผ่านอวกาศ แต่หอดูดาวในทะเลทรายนามิเบียกำลังทำให้เราเข้าใจถึงต้นกำเนิดของมันมากขึ้นอีกนิด
หอดูดาว HESS ตรวจพบอิเล็กตรอนและโพซิตรอนที่มีพลังงานสูงถึง 40 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ เรียกรวมกันว่าอิเล็กตรอนรังสีคอสมิกหรือ CRe
สิ่งเหล่านี้หาได้ยากมาก แต่พลังงานของพวกมันบ่งบอกว่าพวกมันทั้งหมดเล็ดลอดออกมาจากมุมทางช้างเผือกเดียวกันกับระบบสุริยะ และอาจมาจากแหล่งกำเนิดเดียวกันด้วยซ้ำ
คงต้องใช้เวลาสักพักกว่าเราจะรู้ว่าพวกเขามาจากไหน ถ้าเรารู้ แต่ความขาดแคลนของผู้สมัครภายในปริมาณพื้นที่ที่ระบุอาจทำให้แคบลงเล็กน้อย
“นี่เป็นผลลัพธ์ที่สำคัญ”แคทริน เอ็กเบิร์ตส์ นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์อธิบายของมหาวิทยาลัยพอทสดัมในประเทศเยอรมนี "ดังที่เราสรุปได้ว่า CRe ที่วัดได้น่าจะมาจากแหล่งกำเนิดเพียงไม่กี่แห่งในบริเวณใกล้เคียงระบบสุริยะของเราเอง ไปจนถึงสูงสุดไม่กี่ 1,000 ปีแสง ซึ่งเป็นระยะทางที่น้อยมาก เมื่อเทียบกับขนาดของกาแล็กซีของเรา"
CRe คิดเป็นสัดส่วนที่น้อยมากของอนุภาครังสีคอสมิกทั้งหมด และคิดว่าเกิดจากวัตถุสุดขั้วในอวกาศ เช่น เศษซากซูเปอร์โนวา ซึ่งอยู่บริเวณใกล้เคียงกับและดาวฤกษ์ที่มีความหนาแน่นสูงเช่น- นักวิทยาศาสตร์คิดว่าวัตถุเหล่านี้เร่งอนุภาครังสีคอสมิกให้มีพลังงานสูงและส่งพวกมันออกไปขยายออกไปทั่วจักรวาล
เมื่อพวกมันพุ่งชนชั้นบรรยากาศโลก พวกมันจะเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสงในปริมาตรบรรยากาศเพียงเล็กน้อย ซึ่งทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่ารังสีเชเรนคอฟ– เทียบเท่าแสงของโซนิคบูม รังสีนี้จางมาก และเป็นรังสีเชเรนคอฟจางๆ ที่เฮสส์ได้รับการออกแบบให้ตรวจจับ
ไม่ใช่แค่ CRe เท่านั้นที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้ในชั้นบรรยากาศ รังสีแกมมาก็สร้างเอฟเฟกต์ที่คล้ายกัน ทำให้การระบุ CRe ค่อนข้างท้าทาย
“CRe เป็นอิเล็กตรอน ดังนั้นอนุภาคที่มีประจุจึงก่อตัวเป็นสสาร ในขณะที่รังสีแกมมาเป็นโฟตอนที่เป็นแสง” Mathieu de Naurois นักดาราศาสตร์จากศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์แห่งชาติฝรั่งเศส กล่าวกับ ScienceAlert
“รังสีแกมมาเดินทางตรงในจักรวาล จึงทำให้เราสามารถระบุแหล่งที่มาได้ ในขณะที่อิเล็กตรอนมีวิถีโคจรที่วุ่นวายเมื่อมีอันตรกิริยากับสนามแม่เหล็ก ทั้งสองอย่างก่อให้เกิดฝักบัวหรืออนุภาคแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ และยากต่อการแยกแยะจาก กันและกัน."
เพื่อระบุ CRe พลังงานสูง นักวิจัยต้องเจาะลึกข้อมูล HESS เพื่อระบุผู้สมัคร CRe รายการเหตุการณ์ผู้สมัครชิงตำแหน่งสุดท้ายอาจมีรังสีแกมมารวมอยู่ด้วย แต่พูลมีขนาดใหญ่พอที่จะสรุปผลทางสถิติได้
พลังงานมีช่วงสูงถึง 40 เทราอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งมีพลังมากกว่า CRe ใดๆ ที่เราตรวจพบว่ากระทบโลกจนถึงปัจจุบัน
การตรวจจับ CRe ที่มีพลังงานสูงกว่าเทราอิเล็กตรอนโวลต์นั้นหายากมาก นั่นเป็นเพราะว่าเมื่อพวกเขาเคลื่อนที่ไปในอวกาศ พวกเขาสูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว
"ในการแผ่รังสีซินโครตรอน อนุภาคที่มีประจุจะมีปฏิกิริยากับสนามกาแลคซีระหว่างดาว พวกมันมีวิถีโคจรเป็นเกลียวรอบเส้นสนามแม่เหล็ก และแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งแต่วิทยุไปจนถึงรังสีเอกซ์ เมื่อทำเช่นนี้ พวกมันจะสูญเสียพลังงาน" de Naurois พูดว่า.
"ในสิ่งที่เรียกว่า 'การกระเจิงของคอมป์ตันแบบผกผัน' อนุภาคที่มีประจุจะมีปฏิกิริยากับแสงโดยรอบ พวกมันมีปฏิกิริยากับโฟตอนพลังงานต่ำและให้พลังงานส่วนใหญ่แก่มัน กระบวนการนี้เรียกว่า 'คอมป์ตันแบบผกผัน' เพราะเป็นสิ่งที่ตรงกันข้าม ของการกระเจิงของคอมป์ตัน โดยโฟตอนพลังงานสูงจะกระจายอิเล็กตรอนจากตัวกลางและเพิ่มพลังงานให้สูง"
เนื่องจาก CRe สูญเสียพลังงานอย่างรวดเร็ว กิจกรรมของผู้สมัครจึงต้องเดินทางจากอวกาศใกล้เคียงเพื่อรักษาพลังเอาไว้เมื่อมาถึงโลก เราไม่สามารถติดตามพวกเขาไปยังแหล่งที่มาได้ วิถีของมันคาดเดาไม่ได้เกินไป แต่มีอย่างอื่นเกี่ยวกับพลังงานของพวกเขาที่อาจเป็นเบาะแส มีจุดตัดด้านล่างที่ชัดเจนที่ 1.17 เทราอิเล็กตรอนโวลต์
ความจริงที่ว่าการเปลี่ยนแปลงของความชันนั้นรุนแรงบ่งชี้ว่าแหล่งที่มาของจักรวาลเพียงไม่กี่แหล่งเท่านั้นที่ก่อให้เกิดอิเล็กตรอนเหล่านี้
มิฉะนั้นสเปกตรัมพลังงานจะเป็นการทับซ้อนของการมีส่วนร่วมของแหล่งที่มาที่แตกต่างกันด้วยการแตกที่พลังงานต่างกัน ส่งผลให้เกิดเส้นโค้งที่นุ่มนวลขึ้นมาก”
เนื่องจากปริมาณพื้นที่ที่ CRe เหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้มีขนาดเล็กมาก นั่นหมายความว่าแหล่งรวมที่เป็นไปได้ก็มีน้อยเช่นกัน ผู้สมัครรวมถึงซากซูเปอร์โนวาที่เรียกว่าแหวนโมโนเจม- ดาวที่กำลังจะตายของประเภทที่เรียกว่าค2ของม่าน- หรือพัลซาร์เช่นเวลาหรือเจมิงก้า-
แต่ก็เป็นไปได้ด้วยว่าแหล่งกำเนิดนั้นเป็นซากซุปเปอร์โนวาที่เก่าแก่จนสลายตัวและจางหายไปจากการมองเห็น เราไม่มีทางรู้ได้เลยในตอนนี้
อย่างไรก็ตาม งานพิเศษนี้ทำให้เราเข้าใกล้การทำความเข้าใจว่าจักรวาลมีพลังมากขึ้นอีกก้าวหนึ่งอย่างไร ทีมงานวางแผนที่จะตรวจสอบเพิ่มเติมเพื่อดูว่าพวกเขาสามารถระบุทิศทางที่ต้องการจาก CRe ได้หรือไม่
มันจะเป็นเรื่องยุ่งยาก แต่ผลตอบแทนที่เป็นไปได้นั้นสูง และจำนวนผู้สมัครที่เพิ่มขึ้นจะมีค่ามากสำหรับการศึกษา CRe ในอนาคต
"การวัดของเราไม่เพียงแต่ให้ข้อมูลในช่วงพลังงานที่สำคัญและยังไม่ได้สำรวจก่อนหน้านี้ ซึ่งส่งผลกระทบต่อความเข้าใจของเราเกี่ยวกับพื้นที่ใกล้เคียงในท้องถิ่น แต่ยังมีแนวโน้มที่จะยังคงเป็นเกณฑ์มาตรฐานในปีต่อ ๆ ไป"เดอ เนารอยส์ กล่าว-
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในจดหมายทบทวนทางกายภาพ-
