Tři typy vysokoenergetických částic z vesmíru mají stejný původ - v aktivních jádrech galaxií

24. 01. 2018

Částicová fyzika Černé díry Fermi (teleskop) Kosmické záření

Vědcům z Pennsylvania State University a University of Maryland se podařilo vysvětlit původ hned tří typů subatomárních částic, které k nám přicházejí z vesmíru. Jde o vysokoenergetická neutrina, extrémně energetické kosmické záření a vysokoenergetické gama záření. Všechny tři pravděpodobně pocházejí ze supermasivních černých děr, konkrétně z proudů radiace, které vycházejí z jejich pólů. Výsledky výzkumu byly v lednu publikovány v magazínu Nature Physics.

Mise	Start	Status
Fermi	11. 6. 2008	Probíhá

Kosmické záření, výsledky měření

Výsledky zkoumání kosmického záření různými observatořemi. Na vodorovné ose jsou energetické hodnoty detekovaných částic.

Image credit:

Kosmické záření jsou vysoce energetické částice, které k nám přichází z hlubokého vesmíru a také ze Slunce. Z více než 90 % se jedná o vysoce energetické protony, zbytek jsou potom jádra helia, elektrony a další částice, které se pohybují rychlostí světla. Část tohoto záření zachycuje magnetické pole Země, zbytek se rozpadá ve srážkách s atomy v atmosféře. 

Analýza těch nejenergetičtějších částic, které dorazí k Zemi ukázala, že všechny tři zmíněné typy mají velmi podobné energetické hodnoty. Právě proto se vědci zaměřili zrovna na ně a zkoumali hypotézu, zda jde o náhodu, nebo je za tím nějaká souvislost.

Své závěry dělají vědci na základě numerických modelů, ve kterých simulovali vznik, cestu i prostředí, kterým částice musí putovat, než se dostanou k Zemi. Pro jejich výpočty však museli zkombinovat data z různých zdrojů. 

Extrémně energetické kosmické záření obsahuje částice s nejvyšší známou energií, pozoruje je několik observatoří rozmístěných po celém světě. Vysokoenergetická neutrina s energií vyšší než 1 TeV (teraelektronvolt) byla detekována v observatoři IceCube na Antarktidě. Částice gama záření mají zase nejvyšší elektromagnetickou energii, více než miliardkrát vyšší než má běžný foton, jejich detekce je možná například vesmírným teleskopem Fermi nebo Integral.

Ze simulací vyplývá, že pozorované částice kosmickéhob záření by mohly být urychlovány prostřednictvím proudu radiace ze supermasivních černých děr a chrleny do volného vesmíru. Vysokoenergetická neutrina a gama záření pak vznikají v kolizích částic a dědí jejich energetické hodnoty. Následně model počítá s cestou galaxií a interakcí s magnetickými poli galaktických kup až po mezigalaktickou cestu, která je dostane k na Zemi.

Díky tomuto výzkumu vědci zjišťují více informací o aktivních jádrech galaxií (AGN). Stále však zůstává několik záhad, které nemají vysvětlení a které budou vyžadovat další zkoumání. Jednou z nich jsou například neutrina o energiích kolem 10 TeV, která byla detekována observatoří na Antarktidě. Odpovědi by mohly dát nové observatoře, které se budou zaměřovat na tyto subatomární částice z vesmíru. Jde o IceCube-gen2, KM3Net a Cherenkov Telescope Array.