Międzynarodowy zespół naukowców opracował program komputerowy symulujący przeniesienie przestrzeni
Czym są promienie kosmiczne?
Promienie kosmiczne ze swej natury sącząstki elementarne i jądra atomowe, które poruszają się z dużymi energiami w przestrzeni kosmicznej. Za główne źródła pierwotnych promieni kosmicznych uważa się eksplozje supernowych (galaktycznych promieni kosmicznych) i Słońca, jednak ich natura wciąż nie jest w pełni poznana.
Wysokie energie (do 1016 eV) galaktykiNaukowcy wyjaśniają promienie kosmiczne przyspieszeniem cząstek na falach uderzeniowych generowanych przez eksplozje supernowych. Poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, około 300 000 km/s.
Historia odkryć
Promienie kosmiczne odkrył w 1912 roku Austriakfizyk Victor Hess. Był pracownikiem Instytutu Radowego w Wiedniu i prowadził badania nad gazami zjonizowanymi. Jednak nawet do tego momentu naukowcy podejrzewali ich istnienie.
francuski fizyk Charles Augustin de Coulomb,Badając naturę elektryczności za pomocą elektroskopu, odkrył, że ładunek samoistnie wypływa z arkuszy folii, nawet przy najlepszej izolacji elektrycznej. William Crookes odkrył później, że szybkość tego procesu maleje wraz ze spadkiem ciśnienia powietrza w elektroskopie. Naukowiec doszedł więc do wniosku, że przyczyną wyładowań była jonizacja powietrza.
Autor: Montaż: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, zdjęcie: Obserwatorium Pierre Auger. Prawa autorskie: CC BY-NC 4.0
Jednak do tej pory nie było wiadomo, jaki był jego powódfizycy nie odkryli zjawiska radioaktywności. Następnie naukowcy postawili hipotezę o istnieniu globalnego promieniowania tła, którego źródłem jest Ziemia, atmosfera lub przestrzeń kosmiczna.
Po serii eksperymentów Hess doszedł do wniosku, że źródłem promieniowania było niebo. Naukowiec nazwał to „promieniowaniem wysokogórskim”.
20 lat później Hess otrzymał Nagrodę Noblanagrodę, a jego badania stały się podstawą rozwoju nowej dziedziny nauki – fizyki promieni kosmicznych. Od tego czasu naukowcy poczynili ogromne postępy w swoich badaniach, jednak niektóre pytania wciąż pozostają bez odpowiedzi. Na przykład o szybkości i procesie powstawania promieni kosmicznych.
Dlaczego promieniowanie kosmiczne jest trudne do zaobserwowania?
100 lat od odkrycia promieni kosmicznychtemu badacze próbują rozszyfrować, skąd pochodzą. Problem w tym, że patrząc z Ziemi, nie można ich zobaczyć „oddzielnie” gołym okiem. Są równie jasno oświetlone niemal wszędzie, gdzie człowiek spojrzy.
Kolorowe linie pokazują, jak promienie kosmiczne są odchylane w polach magnetycznych.
Białe proste linie przedstawiają wielkoskalowe pole magnetyczne.
Na ścieżki cząstek (kolorowe linie) wpływają pola magnetyczne o małej skali, które nie zostały tu pokazane.
Ilustracja: Lukas Merten
Dzieje się tak, ponieważ światło słoneczne rozprasza się wAtmosfera ziemska i równomiernie rozłożone na niebie. Promienie kosmiczne również rozpraszają się w drodze na planetę. Czyni to poprzez interakcję z polami magnetycznymi. Wszystko, co widzimy z powierzchni Ziemi, to jednolicie oświetlony obraz. Jednak samo pochodzenie promieniowania pozostaje nieznane.
Co zrobili naukowcy?
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy stworzyli specjalnyprogram komputerowy CRPropa (ang. Cosmic Ray Propagation Framework, schemat propagacji promieni kosmicznych). Pozwala naukowcom śledzić trajektorie cząstek od momentu ich powstania do przybycia na Ziemię. Ponadto dane pomogą w pełni wyjaśnić interakcje cząstek z materią i polami fotonowymi we wszechświecie.
Warto zauważyć, że program modeluje nie tylkopropagacja promieni kosmicznych, ale także sygnatury neutrin i promieni gamma, które powstają podczas interakcji. W przeciwieństwie do promieni kosmicznych, te cząstki posłańców można obserwować bezpośrednio z ich źródeł. Dzieje się tak, ponieważ lecą na Ziemię w bezpośredniej ścieżce.
Przypomnijmy, że neutrina są neutralnecząstki podstawowe o spinie półcałkowitym. Uczestniczą jedynie w oddziaływaniach słabych i grawitacyjnych. Wcześniej Hi-Tech mówił, co to jest i jakie inne interakcje istnieją w przyrodzie.
Wspierają wszechświat: jak działają cztery główne siły natury
Ponadto naukowcy planują wykorzystać oprogramowanie do przewidywania takich sygnatur neutrin i promieni gamma z odległych galaktyk, takich jak rozbłyski gwiezdne czy galaktyki aktywne.
Jak ona pomoże?
Autorzy opracowania są pewni —ich oprogramowanie „otwiera nowe okna na Wszechświat”. Z jego pomocą fizycy badają nowe zakresy energii, których nie da się w pełni objąć obecnie dostępnymi programami.
A co najważniejsze, teraz naukowcy będą się rozwijaćmodel teoretyczny opisujący ruch promieni kosmicznych z naszej galaktyki Drogi Mlecznej do odległych gromad gwiazd i porównujący dane z obserwacjami.
Program symulacyjny został opracowany przez 17badacze z Niemiec, Hiszpanii, Holandii, Włoch, Chorwacji, Anglii i Austrii. Projekt został zrealizowany w ramach Wspólnego Centrum Badawczego, które jest finansowane przez Niemiecką Fundację Badawczą.
Naukowcy są przekonani, że CRPropa wniesie znaczący wkładw zrozumieniu, skąd pochodzą promienie kosmiczne. Nowe obliczenia teoretyczne pomogą fizykom zinterpretować różnorodne dane, które naukowcy otrzymują z różnych instrumentów obserwujących kosmos.
Czytaj więcej:
Spójrz na zjawisko, które jest po prostu niemożliwe na Marsie
Ogromny satelita może przyćmić wszystkie gwiazdy i planety na nocnym niebie
Chiny twierdzą, że za 6 lat będą dysponować energią termojądrową