Kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt tietokoneohjelman, joka simuloi avaruuden siirtymistä
Mitä ovat kosmiset säteet?
Kosmiset säteet luonteeltaan ovatalkuainehiukkaset ja atomiytimet, jotka liikkuvat suurilla energioilla avaruudessa. Primaaristen kosmisten säteiden pääasiallisina lähteinä pidetään supernovien (galaktisten kosmisten säteiden) ja Auringon räjähdyksiä, mutta niiden luonnetta ei vielä täysin ymmärretä.
Galaktisen suuret energiat (jopa 1016 eV).Tutkijat selittävät kosmiset säteet supernovaräjähdyksen synnyttämien shokkiaaltojen hiukkasten kiihtyvyydellä. Ne liikkuvat lähes valon nopeudella, noin 300 000 km/s.
Löytöhistoria
Itävaltalainen löysi kosmiset säteet vuonna 1912fyysikko Victor Hess. Hän oli Wienin Radium-instituutin työntekijä ja suoritti ionisoitujen kaasujen tutkimusta. Kuitenkin vielä tähän hetkeen asti tiedemiehet epäilivät niiden olemassaoloa.
ranskalainen fyysikko Charles Augustin de Coulomb,Tutkiessaan sähkön luonnetta elektroskoopin avulla hän havaitsi, että varaus virtaa spontaanisti pois foliolevyistä, vaikka sähköeristys olisi paras mahdollinen. William Crookes huomasi myöhemmin, että tämän prosessin nopeus laskee, kun sähköskoopin ilmanpaine laskee. Joten tiedemies tuli siihen tulokseen, että purkauksen syy oli ilman ionisaatio.
Tekijä: Montage: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, Kuva: Pierre Auger Observatory. Tekijänoikeudet: CC BY-NC 4.0
Mutta mikä sen syy oli, oli epäselväfyysikot eivät löytäneet radioaktiivisuuden ilmiötä. Sitten tutkijat olettivat globaalin taustasäteilyn olemassaolon, jonka lähde oli joko maapallo, ilmakehä tai avaruus.
Useiden kokeiden jälkeen Hess tuli siihen johtopäätökseen, että säteilyn lähde oli taivas. Tiedemies kutsui sitä "korkeuden säteilyksi".
20 vuotta myöhemmin Hess sai Nobel-palkinnonpalkinnon, ja hänen tutkimustyönsä toimi perustana uuden tieteenalan – kosmisen säteen fysiikan – kehitykselle. Sen jälkeen tiedemiehet ovat edistyneet suuresti tutkimuksessaan, mutta jotkut kysymykset ovat edelleen vaille vastausta. Esimerkiksi kosmisten säteiden nopeudesta ja muodostumisprosessista.
Miksi kosmisia säteitä on vaikea havaita?
100 vuotta kosmisten säteiden löytämisestäsitten tutkijat yrittävät selvittää, mistä he ovat kotoisin. Ongelmana on, että Maasta katsottuna niitä ei voida nähdä "erikseen" paljaalla silmällä. Ne ovat yhtä kirkkaasti valaistuja melkein kaikkialla, missä ihminen katsoo.
Värilliset viivat osoittavat, kuinka kosmiset säteet poikkeavat magneettikentistä.
Valkoiset suorat viivat edustavat laajaa magneettikenttää.
Hiukkasten reittejä (värillisiä viivoja) vaikuttavat pienimuotoiset magneettikentät, joita ei näytetä tässä.
Kuvitus: Lukas Merten
Tämä johtuu siitä, että auringonvalo hajoaa sisäänMaan ilmakehän ja levisi tasaisesti taivaalla. Myös kosmiset säteet hajoavat matkalla planeetalle. Se tekee tämän olemalla vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa. Maan pinnalta näemme vain tasaisesti valaistun kuvan. Säteilyn alkuperä on kuitenkin edelleen tuntematon.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ovat luoneet erityisentietokoneohjelma CRPropa (eng. Cosmic Ray Propagation Framework, kosmisen säteen leviämiskaavio). Sen avulla tutkijat voivat seurata hiukkasten liikeratoja niiden muodostumisesta niiden saapumiseen Maahan. Lisäksi tiedot auttavat täysin selittämään hiukkasten vuorovaikutuksen aineen ja fotonikenttien kanssa universumissa.
On huomionarvoista, että ohjelma mallintaa paitsikosmisten säteiden eteneminen, mutta myös neutriinojen ja gammasäteiden tunnusmerkit, jotka syntyvät niiden vuorovaikutuksessa. Toisin kuin kosmiset säteet, nämä lähettipartikkelit voidaan havaita suoraan niiden lähteistä. Tämä johtuu siitä, että ne lentävät Maahan suoraa reittiä pitkin.
Muistutetaan, että neutriinot ovat neutraalejaperushiukkasia puolikokonaisluvun spinillä. He osallistuvat vain heikkoon ja painovoimaiseen vuorovaikutukseen. Aiemmin Hi-Tech kertoi, mitä se on ja mitä muita vuorovaikutuksia luonnossa esiintyy.
He tukevat maailmankaikkeutta: miten luonnon neljä päävoimaa toimivat
Lisäksi tutkijat aikovat käyttää ohjelmistoa ennustamaan kaukaisista galakseista, kuten tähtien soihdutuksista tai aktiivisista galakseista, peräisin olevia neutriinojen ja gammasäteiden allekirjoituksia.
Miten hän auttaa?
Kehityksen kirjoittajat ovat luottavaisia -heidän ohjelmistonsa "avaa uudet ikkunat universumiin". Sen avulla fyysikot tutkivat uusia energia-alueita, joita ei voida täysin kattaa tällä hetkellä saatavilla olevilla ohjelmilla.
Ja mikä tärkeintä, nyt tiedemiehet kehittyvätteoreettinen malli, joka kuvaa kosmisten säteiden liikettä Linnunradamme galaksista kaukaisiin tähtijoukkoihin ja vertaa tietoja havaintoihin.
Simulaatioohjelman kehitti 17tutkijoita Saksasta, Espanjasta, Hollannista, Italiasta, Kroatiasta, Englannista ja Itävallasta. Hanke toteutettiin Yhteisen tutkimuskeskuksen puitteissa, jota rahoittaa Saksan tutkimussäätiö.
Tutkijat luottavat siihen, että CRPropa antaa merkittävän panoksenymmärtääkseen, mistä kosmiset säteet tulevat. Uudet teoreettiset laskelmat auttavat fyysikoita tulkitsemaan erilaisia tietoja, joita tutkijat saavat erilaisista kosmosta tarkkailevista laitteista.
Lue lisää:
Katsokaa ilmiötä, joka on yksinkertaisesti mahdotonta Marsissa
Valtava satelliitti voi ylittää kaikki yötaivaan tähdet ja planeetat
Kiina sanoo saavansa fuusiovoimaa kuuden vuoden kuluttua