Un team internazionale di scienziati ha sviluppato un programma per computer che simula il trasferimento dello spazio
Cosa sono i raggi cosmici?
I raggi cosmici per loro natura lo sonoparticelle elementari e nuclei atomici che si muovono con elevate energie nello spazio. Le esplosioni di supernovae (raggi cosmici galattici) e del Sole sono considerate le principali fonti di raggi cosmici primari, ma la loro natura non è ancora del tutto compresa.
Alte energie (fino a 1016 eV) della galassiaGli scienziati spiegano i raggi cosmici con l'accelerazione delle particelle sulle onde d'urto generate dalle esplosioni di supernova. Si muovono quasi alla velocità della luce, circa 300.000 km/s.
Storia della scoperta
I raggi cosmici furono scoperti nel 1912 da un austriacofisico Victor Hess. Era un dipendente del Radium Institute di Vienna e condusse ricerche sui gas ionizzati. Tuttavia, fino a quel momento, gli scienziati sospettavano della loro esistenza.
Il fisico francese Charles Augustin de Coulomb,Mentre studiava la natura dell'elettricità utilizzando un elettroscopio, scoprì che la carica scorre spontaneamente via dai fogli di alluminio anche con il miglior isolamento elettrico. William Crookes scoprì in seguito che la velocità di questo processo diminuisce quando diminuisce la pressione dell'aria nell'elettroscopio. Quindi lo scienziato è giunto alla conclusione che la causa della scarica era la ionizzazione dell'aria.
Autore: Montaggio: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, Immagine: Osservatorio Pierre Auger. Copyright: CC BY-NC 4.0
Tuttavia, fino a quando non si sapeva quale fosse la ragionei fisici non hanno scoperto il fenomeno della radioattività. Quindi gli scienziati hanno ipotizzato l'esistenza di una radiazione di fondo globale, la cui fonte era la Terra, l'atmosfera o lo spazio.
Dopo una serie di esperimenti, Hess giunse alla conclusione che la fonte delle radiazioni era il cielo. Lo scienziato la chiamò "radiazione ad alta quota".
20 anni dopo, Hess ricevette il Premio Nobelpremio, e la sua ricerca servì come base per lo sviluppo di un nuovo campo della scienza: la fisica dei raggi cosmici. Da allora, gli scienziati hanno fatto grandi progressi nella loro ricerca, ma alcune domande rimangono ancora senza risposta. Ad esempio, sulla velocità e sul processo di formazione dei raggi cosmici.
Perché i raggi cosmici sono difficili da osservare?
100 anni dalla scoperta dei raggi cosmicifa i ricercatori stanno cercando di decifrare da dove provengono. Il problema è che se visti dalla Terra, non possono essere visti “separatamente” ad occhio nudo. Sono ugualmente illuminati quasi ovunque una persona guardi.
Le linee colorate mostrano come i raggi cosmici vengono deviati nei campi magnetici.
Le linee rette bianche rappresentano il campo magnetico su larga scala.
I percorsi delle particelle (linee colorate) sono influenzati da campi magnetici su piccola scala non mostrati qui.
Illustrazione: Lukas Merten
Questo perché la luce solare si disperdel'atmosfera terrestre e si diffuse uniformemente nel cielo. I raggi cosmici si disperdono anche nel loro cammino verso il pianeta. Lo fa interagendo con i campi magnetici. Tutto ciò che possiamo vedere dalla superficie della Terra è un'immagine illuminata uniformemente. Tuttavia, l'origine stessa della radiazione rimane sconosciuta.
Che cosa hanno fatto gli scienziati?
Per risolvere il problema, gli scienziati hanno creato uno specialeprogramma per computer CRPropa (eng. Cosmic Ray Propagation Framework, schema di propagazione dei raggi cosmici). Consente agli scienziati di tracciare le traiettorie delle particelle dalla loro formazione al loro arrivo sulla Terra. Inoltre, i dati aiuteranno a spiegare completamente l'interazione delle particelle con i campi di materia e fotoni nell'universo.
È interessante notare che il programma non solo modellala propagazione dei raggi cosmici, ma anche le firme dei neutrini e dei raggi gamma che sorgono quando interagiscono. A differenza dei raggi cosmici, queste particelle messaggere possono essere osservate direttamente dalle loro sorgenti. Questo perché volano sulla Terra in un percorso diretto.
Ricordiamo che i neutrini sono neutriparticelle fondamentali con spin semiintero. Partecipano solo alle interazioni deboli e gravitazionali. In precedenza, l'Hi-Tech spiegava di cosa si tratta e quali altre interazioni esistono in natura.
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Inoltre, gli scienziati intendono utilizzare il software per prevedere tali firme di neutrini e raggi gamma da galassie lontane, come brillamenti stellari o galassie attive.
Come aiuterà?
Gli autori dello sviluppo sono fiduciosi:il loro software "apre nuove finestre sull'Universo". Con il suo aiuto, i fisici stanno esplorando nuovi intervalli di energia che non possono essere completamente coperti con i programmi attualmente disponibili.
E, soprattutto, ora gli scienziati si svilupperannoun modello teorico che descrive il movimento dei raggi cosmici dalla nostra galassia della Via Lattea a ammassi di stelle distanti e confronta i dati con le osservazioni.
Il programma di simulazione è stato sviluppato da 17ricercatori provenienti da Germania, Spagna, Olanda, Italia, Croazia, Inghilterra e Austria. Il progetto è stato realizzato nell'ambito del Joint Research Center, finanziato dalla German Research Foundation.
Gli scienziati sono fiduciosi che CRPropa darà un contributo significativonel capire da dove provengono i raggi cosmici. Nuovi calcoli teorici aiuteranno i fisici a interpretare la varietà di dati che gli scienziati ricevono da vari strumenti che osservano il cosmo.
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