Znaleziono źródła tajemniczych cząstek o ogromnych energiach – twierdzą astronomowie. Są nimi prawdopodobnie “emerytowane” kwazary. Przez wiele lat zagadką pozostawało, jakie procesy astrofizyczne mogą rozpędzać cząstki do ogromnych energii, które obserwujemy. Energie takie są nieosiągalne w żadnych ziemskich laboratoriach. Czy zagadka została wreszcie rozwiązana?

Raz na jakiś czas pojedyncza cząstka elementarna wpada w ziemską atmosferę niosąc energię większą niż ta, którą niesie (złożona z ogromnej ilości cząstek) piłka golfowa. Oddziałując z atomami powietrza, cząstki takie stają się źródłami ogromnej ilości nowych cząstek, które tworzą tak zwane wielkie pęki atmosferyczne.

Elihu Boldt z należącego do NASA Centrum Lotów Kosmicznych imienia Goddarda w Greenbelt i Didier Torres z Uniwersytetu w Princeton zauważyli, że cztery galaktyki leżące w pobliżu dobrze znanego Wielkiego Wozu leżą w podobnym kierunku do tego, z którego docierają cząstki promieniowania kosmicznego obserwowane w eksperymencie AGASA w Yamanashi w Japonii.

Cząstki promieniowania kosmicznego to jedyne próbki materii spoza Układu Słonecznego, jakimi dysponujemy” – powiedział Michael Cherry, badacz promieniowania kosmicznego z Uniwersytetu Stanowego z Luizjanie. – “Po raz pierwszy udało się zidentyfikować ich źródła“.

Cztery galaktyki-kandydatki zawierają w swoich centrach supermasywane czarne dziury o masach rzędu stu milionów mas słonecznych i będące we wcześniejszych etapach swojej ewolucji kwazarami – źródłami promieniowania rentgenowskiego.

Wprawdzie czarne dziury w ich centrach są obecnie uśpione, Boldt uważa jednak, że mogą one obracać się wystarczająco szybko, żeby co jakiś czas z ogromną energią wyrzucać cząstki na nie opadające. Jakkolwiek – nie jest do końca zrozumiałe, w jaki sposób działa ten mechanizm!

Na kilometr kwadratowy powierzchni atmosfery Ziemi pada w ciągu stulecia… jedna cząstka o tak wielkiej energii! Czyni to ich badanie niesłychanie trudnym. Od czasu rozpoczęcia obserwacji pod koniec lat siedemdziesiątych udało się zaobserwować zaledwie 57 takich przypadków.

Większość z nich została zaobserwowana przez detektor AGASA, pokrywający obszar 100 kilometrów kwadratowych w okolicach Tokio. Masahiro Teshima z Uniwersytetu w Tokio, członek zespołu pracującego w AGASA twierdzi, że rozkład kierunków, z których docierają te cząstki, zdaje się wskazywać na ich pochodzenie z punktowych źródeł. “To prawdopodobnie początek nowego rodzaju astronomii” – twierdzi uczony.

Boldt i Torres spotykają się ze sceptycznym podejściem uczonych, którzy twierdzą, że ich przyporządkowanie cząstek źródłom może być przypadkowe. “Cztery źródła to za mało” – ostrzega Cherry.

Jednak Boldt twierdzi, że za przypisaniem cząstek tym źródłom przemawia nie tylko ich pozycja, ale także odległość. Wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego nie mogą podróżować przez przestrzeń międzygalaktyczną w nieskończoność, gdyż szybko ulegają rozproszeniu na fotonach promieniowania tła (efekt Zacepina-Greisena-Kuzmina). W układzie odniesienia cząstek promieniowania kosmicznego o energiach rzędu 1020eV fotony te “widoczne” są jako promieniowanie gamma i stają się przyczyną utraty energii przez promieniowanie kosmiczne. “Źródła promieniowania kosmicznego muszą leżeć w naszym sąsiedztwie, a badane przez nas galaktyki znajdują się zaledwie 100 milionów lat świetlnych od nas” – twierdzi Boldt.

Opisane odkrycie zostało przedstawione na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Albuquerque.

Obecnie w budowie jest obserwatorium promieniowania kosmicznego AUGER, którego celem będzie właśnie obserwacja promieniowania kosmicznego najwyższych energii. Będzie się ono składać z dwóch sieci detektorów cząstek – jednej położonej w stanie Utah w USA i drugiej w Argentynie.

Warto również wspomnieć, że wkład w badanie promieniowania kosmicznego mają również Polacy. Od kilkudziesięciu lat w Łodzi istnieje Zakład Fizyki Promieniowania Kosmicznego będący częścią Instytutu Problemów Jądrowych. W Łodzi jest obecnie realizowany program badania promieniowania kosmicznego Uczniowie łódzkich liceów pomogą badać tajemnice Wszechświata“>MAZE. Biorą w nim udział również uczniowie łódzkich liceów.

Autor

Michał Matraszek