צוות בינלאומי של מדענים פיתח תוכנת מחשב המדמה העברת חלל
מהן קרניים קוסמיות?
קרניים קוסמיות מטבען הןחלקיקי יסוד וגרעיני אטום הנעים באנרגיות גבוהות בחלל החיצון. המקורות העיקריים של קרניים קוסמיות ראשוניות נחשבים לפיצוצים של סופרנובות (קרניים קוסמיות גלקטיות) ושל השמש, אך טבעם עדיין לא מובן במלואו.
אנרגיות גבוהות (עד 1016 eV) של גלקטימדענים מסבירים את הקרניים הקוסמיות על ידי האצה של חלקיקים על גלי הלם שנוצרים מפיצוצי סופרנובה. הם נעים כמעט במהירות האור, כ-300,000 קמ"ש.
היסטוריית גילוי
קרניים קוסמיות התגלו בשנת 1912 על ידי אוסטריפיזיקאי ויקטור הס. הוא היה עובד במכון הרדיום בווינה וערך מחקר על גזים מיוננים. עם זאת, אפילו עד לרגע זה, מדענים חשדו בקיומם.
הפיזיקאי הצרפתי שארל אוגוסטין דה קולומב,בזמן שחקר את טבעו של חשמל באמצעות אלקטרוסקופ, הוא גילה שמטען זורם באופן ספונטני מיריעות נייר כסף אפילו עם הבידוד החשמלי הטוב ביותר. ויליאם קרוקס גילה מאוחר יותר שקצב התהליך הזה יורד כאשר לחץ האוויר באלקטרוסקופ יורד. אז המדען הגיע למסקנה שהגורם לפריקה היה יינון האוויר.
מחבר: מונטאז': Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, תמונה: Pierre Auger Observatory. זכויות יוצרים: CC BY-NC 4.0
עם זאת, מה הייתה הסיבה לכך לא ידוע עדפיזיקאים לא גילו את תופעת הרדיואקטיביות. אז שיערו מדענים את קיומה של קרינת רקע גלובלית, שמקורה היה כדור הארץ, האטמוספירה או החלל.
לאחר סדרה של ניסויים, הס הגיע למסקנה שמקור הקרינה הוא השמיים. המדען קרא לזה "קרינה בגובה רב".
20 שנה מאוחר יותר קיבל הס את פרס נובלפרס, ומחקריו שימשו כבסיס לפיתוח תחום חדש במדע - פיזיקת הקרניים הקוסמיות. מאז, מדענים התקדמו מאוד במחקר שלהם, אך חלק מהשאלות עדיין נותרו ללא מענה. למשל, על מהירות ותהליך היווצרותן של קרניים קוסמיות.
מדוע קשה לצפות בקרניים קוסמיות?
100 שנים לגילוי הקרניים הקוסמיותלפני כן חוקרים מנסים לפענח מאיפה הם מגיעים. הבעיה היא שבמבט מכדור הארץ, לא ניתן לראות אותם "בנפרד" בעין בלתי מזוינת. הם מוארים באותה מידה כמעט בכל מקום שבו אדם מסתכל.
הקווים הצבעוניים מראים כיצד קרניים קוסמיות מוסטות בשדות מגנטיים.
הקווים הישרים הלבנים מייצגים את השדה המגנטי בקנה מידה גדול.
נתיבי החלקיקים (קווים צבעוניים) מושפעים משדות מגנטיים בקנה מידה קטן שאינם מוצגים כאן.
איור: לוקאס מרטן
הסיבה לכך היא שאור השמש מתפזר פנימההאטמוספירה של כדור הארץ ומתפשטת באופן שווה על פני השמים. גם קרניים קוסמיות מתפזרות בדרכן לכוכב הלכת. הוא עושה זאת על ידי אינטראקציה עם שדות מגנטיים. כל מה שאנחנו יכולים לראות מפני השטח של כדור הארץ הוא תמונה מוארת אחידה. עם זאת, עצם מקור הקרינה עדיין לא ידוע.
מה עשו המדענים?
כדי לפתור את הבעיה, מדענים יצרו מיוחדתוכנת המחשב CRPropa (אנגלית. Cosmic Ray Propagation Framework, ערכת התפשטות קרניים קוסמיות). זה מאפשר למדענים לעקוב אחר מסלולי החלקיקים מהיווצרותם ועד הגעתם לכדור הארץ. בנוסף, הנתונים יעזרו להסביר באופן מלא את האינטראקציה של חלקיקים עם שדות חומר ופוטונים ביקום.
ראוי לציין כי התוכנית מודלים לא רקהתפשטות הקרניים הקוסמיות, אך גם החתימות של ניטרינו וקרני גמא המתעוררות כשהן מקיימות אינטראקציה. שלא כמו קרניים קוסמיות, ניתן לצפות בחלקיקי השליח הללו ישירות ממקורותיהם. הסיבה לכך היא שהם טסים לכדור הארץ בנתיב ישיר.
הבה נזכיר לכם שניטרינו הם ניטרלייםחלקיקי יסוד עם ספין של חצי מספר שלם. הם משתתפים רק באינטראקציות חלשות וכבידה. בעבר, היי-טק סיפר מה זה ואילו אינטראקציות אחרות קיימות בטבע.
הם תומכים ביקום: כיצד פועלים ארבעת כוחות הטבע העיקריים
בנוסף, המדענים מתכננים להשתמש בתוכנה כדי לחזות חתימות כאלה של ניטרינו וקרני גמא מגלקסיות רחוקות, כמו התלקחויות כוכבים או גלקסיות פעילות.
איך היא תעזור?
מחברי הפיתוח בטוחים -התוכנה שלהם "פותחת חלונות חדשים לתוך היקום." בעזרתו, פיזיקאים בוחנים טווחי אנרגיה חדשים שלא ניתן לכסות אותם במלואם באמצעות תוכניות הזמינות כעת.
והכי חשוב, עכשיו יתפתחו מדעניםמודל תיאורטי שמתאר את תנועת הקרניים הקוסמיות מגלקסיית שביל החלב שלנו לצבירי כוכבים מרוחקים ומשווה את הנתונים עם תצפיות.
תוכנית הסימולציה פותחה על ידי 17חוקרים מגרמניה, ספרד, הולנד, איטליה, קרואטיה, אנגליה ואוסטריה. הפרויקט בוצע במסגרת מרכז המחקר המשותף, הממומן על ידי קרן המחקר הגרמנית.
מדענים בטוחים ש-CRPropa תתרום תרומה משמעותיתבהבנה מאיפה מגיעות קרניים קוסמיות. חישובים תיאורטיים חדשים יעזרו לפיסיקאים לפרש את מגוון הנתונים שמקבלים מדענים ממכשירים שונים הצופים בקוסמוס.
קרא עוד:
תראו תופעה שפשוט בלתי אפשרית במאדים
לוויין ענק יכול להעלות על כל הכוכבים וכוכבי הלכת בשמי הלילה
סין אומרת שתהיה להם כוח היתוך בעוד 6 שנים