รังสีคอสมิก "โจมตี" โลกทุก ๆ วินาที จริงๆ แล้วพวกมันมาจากไหน?

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้พัฒนาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่จำลองการถ่ายโอนอวกาศ

รังสีในอวกาศ นักฟิสิกส์หวังว่าสิ่งนี้จะช่วยไขปริศนาว่าพวกมันมาจากไหน

รังสีคอสมิกคืออะไร?

รังสีคอสมิกโดยธรรมชาติของพวกมันคืออนุภาคมูลฐานและนิวเคลียสของอะตอมที่เคลื่อนที่ด้วยพลังงานสูงในอวกาศ แหล่งที่มาหลักของรังสีคอสมิกปฐมภูมิถือเป็นการระเบิดของซุปเปอร์โนวา (รังสีคอสมิกในกาแลคซี) และดวงอาทิตย์ แต่ธรรมชาติของพวกมันยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์

พลังงานสูง (สูงถึง 1,016 eV) ของกาแล็กซีนักวิทยาศาสตร์อธิบายรังสีคอสมิกโดยการเร่งความเร็วของอนุภาคบนคลื่นกระแทกที่เกิดจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวา พวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกือบแสง ประมาณ 300,000 กม./วินาที

ประวัติการค้นพบ

รังสีคอสมิกถูกค้นพบในปี 1912 โดยชาวออสเตรียนักฟิสิกส์ วิกเตอร์ เฮสส์ เขาเป็นพนักงานของสถาบันเรเดียมในกรุงเวียนนาและดำเนินการวิจัยเกี่ยวกับก๊าซไอออไนซ์ อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ก็ยังสงสัยว่ามีอยู่จริง

นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส ชาร์ล ออกัสติน เดอ คูลอมบ์ในขณะที่ศึกษาธรรมชาติของไฟฟ้าโดยใช้อิเล็กโทรสโคป เขาค้นพบว่าประจุจะไหลออกจากแผ่นฟอยล์อย่างเป็นธรรมชาติ แม้ว่าจะมีฉนวนไฟฟ้าที่ดีที่สุดก็ตาม วิลเลียม ครูกส์ค้นพบในภายหลังว่าอัตราของกระบวนการนี้ลดลงเมื่อความดันอากาศในอิเล็กโทรสโคปลดลง นักวิทยาศาสตร์จึงได้ข้อสรุปว่าสาเหตุของการปลดปล่อยคือการแตกตัวเป็นไอออนในอากาศ

ผู้แต่ง: การตัดต่อ: Helmholtz Alliance for Astroparticle Physics / A.Chantelauze, รูปภาพ: หอดูดาว Pierre Auger ลิขสิทธิ์: CC BY-NC 4.0

อย่างไรก็ตามไม่ทราบสาเหตุจนกระทั่งนักฟิสิกส์ไม่ได้ค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี จากนั้น นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของพื้นหลังการแผ่รังสีทั่วโลก ซึ่งมีแหล่งกำเนิดมาจากโลก ชั้นบรรยากาศ หรืออวกาศ
หลังจากการทดลองหลายครั้ง เฮสส์ก็ได้ข้อสรุปว่าแหล่งกำเนิดรังสีคือท้องฟ้า นักวิทยาศาสตร์เรียกมันว่า “การแผ่รังสีในระดับสูง”

20 ปีต่อมา Hess ได้รับรางวัลโนเบลและงานวิจัยของเขาทำหน้าที่เป็นรากฐานสำหรับการพัฒนาวิทยาศาสตร์สาขาใหม่ นั่นก็คือฟิสิกส์รังสีคอสมิก นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา นักวิทยาศาสตร์ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในการวิจัยของพวกเขา แต่คำถามบางข้อยังคงไม่ได้รับคำตอบ ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับความเร็วและกระบวนการก่อตัวของรังสีคอสมิก

เหตุใดรังสีคอสมิกจึงสังเกตได้ยาก

100 ปีนับตั้งแต่การค้นพบรังสีคอสมิกที่ผ่านมานักวิจัยกำลังพยายามถอดรหัสว่าพวกเขามาจากไหน ปัญหาคือเมื่อมองจากโลก พวกมันไม่สามารถมองเห็น “แยกกัน” ด้วยตาเปล่าได้ มีแสงสว่างเท่ากันเกือบทุกที่ที่บุคคลมอง

Цветные линии показывают, как космические лучи отклоняются в магнитных полях. 
Белые прямые линии представляют крупномасштабное магнитное поле. 
На траектории движения частиц (цветные линии) действуют не показанные здесь мелкомасштабные магнитные поля. 
ภาพประกอบ: ลูคัส เมอร์เทน

ทั้งนี้เป็นเพราะแสงแดดส่องเข้ามาชั้นบรรยากาศของโลกและแผ่กระจายไปทั่วท้องฟ้า รังสีคอสมิกยังกระจัดกระจายไปตามทางสู่โลก โดยทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็ก ทั้งหมดที่เราเห็นจากพื้นผิวโลกคือภาพที่มีแสงสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม ต้นกำเนิดของรังสียังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด

นักวิทยาศาสตร์ได้ทำอะไร?

เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสรรค์สิ่งพิเศษขึ้นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ CRPropa (eng. Cosmic Ray Propagation Framework, โครงการการแพร่กระจายรังสีคอสมิก). ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามวิถีของอนุภาคตั้งแต่การก่อตัวจนถึงการมาถึงของพวกมันบนโลก นอกจากนี้ ข้อมูลจะช่วยอธิบายปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคกับสสารและสนามโฟตอนในจักรวาลได้อย่างเต็มที่

เป็นที่น่าสังเกตว่าโปรแกรมรุ่นไม่เพียงเท่านั้นการแพร่กระจายของรังสีคอสมิก แต่ยังรวมถึงลายเซ็นของนิวทริโนและรังสีแกมมาที่เกิดขึ้นเมื่อพวกมันมีปฏิสัมพันธ์ อนุภาคของสารเหล่านี้สามารถสังเกตได้โดยตรงจากแหล่งกำเนิดซึ่งแตกต่างจากรังสีคอสมิก นี่เป็นเพราะพวกเขาบินมายังโลกในเส้นทางตรง

Напомним, нейтрино — это нейтральные фундаментальные частиц с полуцелым спином. Они участвуют только в слабом и гравитационном взаимодействиях. Ранее «Хайтек» рассказывал, что это такое и какие еще взаимодействия существуют в природе.

พวกมันสนับสนุนจักรวาล: พลังหลักทั้งสี่ของธรรมชาติทำงานอย่างไร

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังวางแผนที่จะใช้ซอฟต์แวร์นี้ในการทำนายลายเซ็นของนิวทริโนและรังสีแกมมาจากดาราจักรที่อยู่ห่างไกลออกไป เช่น เปลวดาวหรือดาราจักรที่ทำงานอยู่

เธอจะช่วยได้อย่างไร?

Авторы разработки уверены — их ПО «открывает новые окна во Вселенную». С ее помощью физики исследуют новые энергетические диапазоны, которые невозможно полностью охватить с помощью доступных на сегодняшний день программ.

และที่สำคัญตอนนี้นักวิทยาศาสตร์จะพัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีที่อธิบายการเคลื่อนที่ของรังสีคอสมิกจากดาราจักรทางช้างเผือกของเราไปยังกระจุกดาวที่อยู่ห่างไกล และเปรียบเทียบข้อมูลกับการสังเกตการณ์

โปรแกรมจำลองได้รับการพัฒนาโดย17นักวิจัยจากเยอรมนี สเปน ฮอลแลนด์ อิตาลี โครเอเชีย อังกฤษ และออสเตรีย โครงการนี้ดำเนินการภายใต้กรอบของศูนย์วิจัยร่วม ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก German Research Foundation

นักวิทยาศาสตร์มั่นใจว่า CRPropa จะมีส่วนร่วมอย่างมากในการทำความเข้าใจว่ารังสีคอสมิกมาจากไหน การคำนวณเชิงทฤษฎีใหม่จะช่วยให้นักฟิสิกส์ตีความข้อมูลที่หลากหลายที่นักวิทยาศาสตร์ได้รับจากเครื่องมือต่างๆ ที่สังเกตการณ์จักรวาล

อ่านเพิ่มเติม:

ดูปรากฏการณ์ที่เป็นไปไม่ได้บนดาวอังคาร

ดาวเทียมขนาดใหญ่สามารถส่องแสงดาวและดาวเคราะห์ทั้งหมดในท้องฟ้ายามค่ำคืนได้

จีนเผยพลังฟิวชันในอีก 6 ปี