Международен екип от учени разработи компютърна програма, която симулира пренасянето на космоса
Какво представляват космическите лъчи?
Космическите лъчи по своята природа саелементарни частици и атомни ядра, които се движат с високи енергии в космическото пространство. Основните източници на първични космически лъчи се считат за експлозии на свръхнови (галактически космически лъчи) и Слънцето, но тяхната природа все още не е напълно изяснена.
Високи енергии (до 1016 eV) на галактУчените обясняват космическите лъчи с ускорението на частиците върху ударни вълни, генерирани от експлозии на свръхнова. Те се движат почти със скоростта на светлината, приблизително 300 000 km/s.
История на откритията
Космическите лъчи са открити през 1912 г. от австриецфизикът Виктор Хес. Бил е служител на Радиевия институт във Виена и е провеждал изследвания върху йонизираните газове. Въпреки това дори до този момент учените подозираха тяхното съществуване.
Френският физик Шарл Огюстен дьо Кулон,Докато изследва естеството на електричеството с помощта на електроскоп, той открива, че зарядът спонтанно изтича от листове фолио дори при най-добрата електрическа изолация. По-късно Уилям Крукс открива, че скоростта на този процес намалява, когато налягането на въздуха в електроскопа намалява. Така ученият стигна до извода, че причината за разряда е йонизацията на въздуха.
Автор: Монтаж: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, Снимка: Pierre Auger Observatory. Авторско право: CC BY-NC 4.0
Дотогава обаче не беше известно каква е причинатафизиците не са открили явлението радиоактивност. Тогава учените предположиха съществуването на глобален радиационен фон, чийто източник е Земята, атмосферата или космоса.
След поредица от експерименти Хес стигна до заключението, че източникът на радиация е небето. Ученият го нарече „радиация от голяма надморска височина“.
20 години по-късно Хес получава Нобелова награданаграда и изследванията му послужиха като основа за развитието на нова област на науката - физиката на космическите лъчи. Оттогава учените са постигнали голям напредък в своите изследвания, но някои въпроси все още остават без отговор. Например за скоростта и процеса на образуване на космическите лъчи.
Защо космическите лъчи са трудни за наблюдение?
100 години от откриването на космическите лъчипреди изследователите се опитват да дешифрират откъде идват. Проблемът е, че когато се гледат от Земята, те не могат да се видят „отделно“ с просто око. Те са еднакво ярко осветени почти навсякъде, където човек погледне.
Цветните линии показват как космическите лъчи се отклоняват в магнитни полета.
Белите прави линии представляват мащабното магнитно поле.
Пътищата на частиците (цветни линии) се влияят от малки магнитни полета, които не са показани тук.
Илюстрация: Лукас Мертен
Това е така, защото слънчевата светлина се разпръскваземната атмосфера и се разпространява равномерно по небето. Космическите лъчи също се разпръскват по пътя си към планетата. Той прави това чрез взаимодействие с магнитни полета. Всичко, което можем да видим от повърхността на Земята, е равномерно осветено изображение. Самият произход на радиацията обаче остава неизвестен.
Какво са направили учените?
За да решат проблема, учените са създали специаленкомпютърна програма CRPropa (англ. Cosmic Ray Propagation Framework, схема за разпространение на космически лъчи). Тя позволява на учените да проследяват траекториите на частиците от тяхното образуване до пристигането им на Земята. Освен това данните ще помогнат да се обясни напълно взаимодействието на частиците с материята и фотонните полета във Вселената.
Трябва да се отбележи, че програмата модели не саморазпространението на космическите лъчи, но също и сигнатурите на неутриното и гама лъчите, които възникват, когато те взаимодействат. За разлика от космическите лъчи, тези пратени частици могат да се наблюдават директно от техните източници. Това е така, защото те летят към Земята по пряк път.
Нека ви напомним, че неутриното са неутралнифундаментални частици с полуцяло спин. Те участват само в слаби и гравитационни взаимодействия. Преди това Hi-Tech разказа какво е това и какви други взаимодействия съществуват в природата.
Те поддържат Вселената: как работят четирите основни сили на природата
Освен това учените планират да използват софтуера, за да предскажат такива сигнатури на неутрино и гама лъчи от далечни галактики, като звездни изригвания или активни галактики.
Как ще помогне тя?
Авторите на разработката са уверени —техният софтуер „отваря нови прозорци във Вселената“. С негова помощ физиците изследват нови енергийни диапазони, които не могат да бъдат напълно покрити с помощта на наличните в момента програми.
И най-важното, сега учените ще се развиваттеоретичен модел, който описва движението на космическите лъчи от нашата галактика Млечен път към далечни клъстери от звезди и сравнява данните с наблюденията.
Симулационната програма е разработена от 17изследователи от Германия, Испания, Холандия, Италия, Хърватия, Англия и Австрия. Проектът е осъществен в рамките на Съвместния изследователски център, който се финансира от Германската изследователска фондация.
Учените са уверени, че CRPropa ще има значителен приносв разбирането откъде идват космическите лъчи. Новите теоретични изчисления ще помогнат на физиците да интерпретират разнообразието от данни, които учените получават от различни инструменти, които наблюдават космоса.
Прочетете още:
Вижте един феномен, който е просто невъзможен на Марс
Огромен сателит може да засенчи всички звезди и планети в нощното небе
Китай казва, че ще има термоядрена енергия след 6 години