• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Europejczycy ujawniają armatę przyspieszającą promienie kosmiczne

    16.07.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Astronomowie przyznają, że promienie kosmiczne - wysokoenergetyczne jądra atomów (głównie protony), poruszające się w kosmosie z prędkością zbliżoną do prędkości światła, uderzające w atmosferę Ziemi - zawierają wystarczającą ilość energii, aby spowodować uszkodzenia komponentów elektronicznych. Wyniki nowych badań, opublikowane w czasopiśmie Science, wskazują na to, że galaktyczne promienie kosmiczne powstają w granicach Drogi Mlecznej - galaktyki, w której znajduje się nasz układ słoneczny. Protony, przekraczające "najwyższe limity prędkości" we Wszechświecie, ulegają przyspieszeniu do poziomu energii, który przewyższa te generowane przez znajdujący się w Szwajcarii Wielki Zderzacz Hadronów w CERN (Europejskie Laboratorium Fizyki Cząstek Elementarnych).

    "Przed długi czas uważano, że super akceleratory, które generują promienie kosmiczne w obrębie Drogi Mlecznej, to rozszerzające się powłoki stworzone przez eksplodujące gwiazdy a nasze obserwacje dostarczają dowodów na to, że tak właśnie jest" - wyjaśnia naczelna autorka, dr Eveline Helder z Instytut Astronomicznego przy Uniwersytecie w Utrechcie w Holandii.

    Ze swej strony, dr Jacco Vink, również z Instytutu Astronomicznego, powiedział: "Można nawet powiedzieć, że ustaliliśmy kaliber armaty, która przyśpiesza promienie kosmiczne do tak potężnych energii."

    Dr Helder i dr Vink wraz z kolegami udało się ustalić, czy eksplozje gwiazd generują taką ilość przyspieszonych cząstek, która wyjaśniałaby liczbę promieni kosmicznych uderzających w atmosferę Ziemi. Astronomowie ustalili nie tylko, że przyspieszone cząstki są głównym komponentem tego procesu, ale również jak duża ilość energii jest pobierana z rozszerzających się gazów po eksplozji gwiazdy i wykorzystywana do przyspieszania cząstek.

    "Podczas eksplozji gwiazdy w postaci tzw. supernowej, znaczna część uwolnionej w eksplozji energii wykorzystywana jest do przyspieszania niektórych cząstek do niezwykle wysokich poziomów energii" - podkreśla dr Helder. "Energia jest wykorzystana do przyspieszania cząstek kosztem ogrzewania gazu, który jest przez to znacznie chłodniejszy niż przewiduje teoria."

    Aby rozwikłać tę zagadkę, zespół zbadał pozostałości gwiazdy, która eksplodowała w 185 r. naszej ery, co zostało odnotowane przez chińskich astronomów. Pozostałość nazwana RCW 86 znajduje się w odległości około 8.200 lat świetlnych w kierunku konstelacji Circinus (Cyrkiel). Naukowcy są przekonani, że jest to najstarszy znany zapis eksplozji gwiazdy.

    Zespół wykorzystał Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) do pomiaru temperatury gazu tuż za falą uderzeniową, którą generuje eksplozja gwiazdy.

    Naukowcy zmierzyli również prędkość fali uderzeniowej za pomocą obrazów uzyskanych przez amerykańskie obserwatorium rentgenowskie Chandra Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA) na przestrzeni trzech lat. Według nich porusza się ona z prędkością od 10 do 30 milionów kilometrów na godzinę - między 1% a 3% prędkości światła. Zmierzyli również temperaturę gazu, która sięga 30 milionów stopni Celsjusza.

    Choć w stosunku do codziennych zjawisk, do których jesteśmy przyzwyczajeni, temperatura ta jest bardzo wysoka, zespół stwierdził, że jest ona znacznie poniżej przewidywań. Zważywszy na zmierzoną prędkość fali uderzeniowej, naukowcy byli przekonani, że gaz powinien być rozgrzany do co najmniej 500 milionów stopni Celsjusza.

    "Energia, której tam brakuje, napędza promienie kosmiczne" - podsumowuje dr Vink.

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Instytut Astronomiczny w Utrechcie
    http://www.astro.uu.nl

    ESO
    http://www.eso.org/public

    Science
    http://www.sciencemag.org

    Źródło danych: Science; ESO; Instytut Astronomiczny w Utrechcie
    Referencje dokumentu: Helder E.A., et al. (2009) Measuring the cosmic ray acceleration efficiency of a supernova remnant. Science Express. Publikacja internetowa z dnia 25 czerwca; DOI: 10.1126/science.1173383.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    GRB 080916C – rozbłysk gamma odkryty przez kosmiczne obserwatorium GLAST 16 września 2008. Energia rozbłysku równa się energii ok. 9000 eksplodujących supernowych i była skoncentrowana głównie w dwóch dżetach, które poruszały się z prędkością wynoszącą 99,9999% prędkości światła. Jest to jeden z najpotężniejszych odkrytych dotychczas rozbłysków gamma. Akcelerator – urządzenie służące do przyspieszania cząstek elementarnych lub jonów do prędkości bliskich prędkości światła. Cząstki obdarzone ładunkiem elektrycznym są przyspieszane w polu elektrycznym. Do skupienia cząstek w wiązkę oraz do nadania im odpowiedniego kierunku używa się odpowiednio ukształtowanego, w niektórych konstrukcjach także zmieniającego się w czasie, pola magnetycznego lub elektrycznego. Brakująca energia – wielkość fizyczna używana w eksperymentalnej fizyce wysokich energii, określająca energię, która nie jest rejestrowana przez detektor cząstek elementarnych, ale oczekuje się, że była ona obecna w zarejestrowanym przypadku, ze względu na pogwałcenie pewnych zasad zachowania, takich jak zasada zachowania energii lub zasada zachowania pędu.

    Gwiazdy hiperprędkościowe (ang. hypervelocity stars) – gwiazdy poruszające się ze znacznie większą prędkością od innych gwiazd w galaktyce, będące dzięki temu w stanie wyrwać się z pola grawitacyjnego galaktyki. Pierścień akumulacyjny – kołowy akcelerator cząstek, którego zadaniem jest utrzymywanie krążącej w nim wiązki cząstek przez możliwie długi czas (godziny, czasem dni). Cząstki utrzymywane są zazwyczaj przy stałej energii, często pierścień akumulacyjny rozpędza je najpierw do energii docelowej, a następnie utrzymuje przez dłuższy czas przy tej energii.

    Wiatr słoneczny – strumień cząstek wypływających ze Słońca, składający się przede wszystkim z protonów i elektronów o dużej energii. Protony spokojnej fazy wiatru mają energię około 0,5 keV, zaś podczas rozbłysków rejestrowane są cząstki o energii do 1 GeV. Rozchodzą się one promieniście we wszystkich kierunkach. Badania sondy Ulysses wykazały, że w płaszczyźnie słonecznego równika prędkość wiatru jest średnio ponad dwukrotnie mniejsza, niż na szerokościach heliograficznych obszaru polarnego. Podczas szczytu aktywności słonecznej, gdy zanikają polarne dziury koronalne, prędkość wiatru emitowanego w kierunku bliskim osi obrotu Słońca zmniejsza się. Akrecja kolumnowa - zjawisko ukierunkowania procesu akrecji w układzie podwójnym gwiazd na bieguny magnetyczne gwiazdy, zachodzące w polarach, czyli gwiazdach typu AM Her. Zjawisko zachodzi, gdy gęstość energii w dysku akrecyjnym jest mniejsza niż gęstość energii pola magnetycznego gwiazdy centralnej. Występuje najczęściej w przypadku silnie magnetycznych gwiazd neutronowych i białych karłów, a ze względu na obserwowane własności obiekty takie należą odpowiednio do klasy polarów i polarów pośrednich oraz pulsarów rentgenowskich. Opadanie w stronę gwiazdy w większej odległości od powierzchni gwiazdy następuje z prędkością naddźwiękową, blisko powierzchni gwiazdy formuje się fala uderzeniowa. Opadająca materia silnie świeci w zakresie rentgenowskim, szczególnie obszar pomiędzy frontem fali a powierzchnią gwiazdy.

    Akcelerator liniowy z falą bieżącą – akcelerator cząstek, w którym cząstki przyspieszane są za pomocą bieżącej fali elektromagnetycznej. Falę taką uzyskuje się w falowodzie zakończonym oporem falowym. Wektor elektryczny fali bieżącej porusza się wzdłuż osi akceleratora. Gdy cząstka porusza się synchronicznie z prędkością taką samą jak prędkość fazowa rozchodzącej się fali, to podlega ona działaniu stałego przyspieszenia. Fala detonacyjna - jest to fala uderzeniowa o stałej prędkości z równoczesnym wystąpieniem w materiale wybuchowym fali uderzeniowej i wywołanej przez nią reakcji chemicznej, z której wychodzące ciepło wyrównuje ubytki energii, które powstały podczas sprężania ośrodka, a po wyjściu z ładunku przechodzi w falę uderzeniową w otaczającym ośrodku.

    Kosmotron, to popularna nazwa synchrotronu protonowego, czyli akceleratora cząstek, zbudowanego w Brookhaven National Laboratory (Long Island, USA) w roku 1948. Pełną energię przyspieszanych cząstek uzyskał w 1953 roku, pracował do 1968 roku. Był pierwszym akceleratorem, który przyspieszał protony do energii 3 GeV. Nazwa nawiązująca do kosmosu wzięła się stąd, że urządzenie to dało jako pierwsze możliwość przeprowadzania i badania reakcji jądrowych wywołanych przez cząstki o energiach zbliżonych do energii pierwotnego promieniowania kosmicznego. Protony o tak dużej energii zderzane z tarczą wytwarzały mezony, które wcześniej obserwowano tylko w rozpadach wywołanych promieniowaniem kosmicznym.

    Wybuch – w mowie potocznej – gwałtowne wydzielenie w jednym miejscu dużych ilości energii. Wybuchowi towarzyszy zwykle nagły wzrost temperatury i wzrost ciśnienia. Wybuch powoduje powstanie fali uderzeniowej. W zależności od prędkości rozchodzenia się tej fali oraz mechanizmu wybuchu rozróżnia się deflagrację (zwaną inaczej wybuchem właściwym), eksplozję i detonację.

    Ciemna energia – w kosmologii jest hipotetyczną formą energii, która wypełnia całą przestrzeń i wywiera na nią ujemne ciśnienie, wywołując rozszerzanie się Wszechświata. Jest to jedno z pojęć wprowadzonych w celu wyjaśnienia przyspieszania ekspansji kosmosu oraz problemu brakującej masy we Wszechświecie. Wyniki badań opublikowane w 2011 wydają się potwierdzać istnienie ciemnej energii. Supernowa – w astronomii termin określający kilka rodzajów kosmicznych eksplozji, które powodują powstanie na niebie niezwykle jasnego obiektu, który już po kilku tygodniach bądź miesiącach staje się niemal niewidoczny. Istnieją dwie możliwe drogi prowadzące do takiego wybuchu: w jądrze masywnej gwiazdy przestały zachodzić reakcje termojądrowe i pozbawiona ciśnienia promieniowania gwiazda zaczyna zapadać się pod własnym ciężarem, lub też biały karzeł tak długo pobierał masę z sąsiedniej gwiazdy, aż przekroczył masę Chandrasekhara, co spowodowało eksplozję termojądrową. W obydwu przypadkach, następująca eksplozja supernowej z ogromną siłą wyrzuca w przestrzeń większość lub całą materię gwiazdy. Utworzona w ten sposób mgławica jest bardzo nietrwała i ulega całkowitemu zniszczeniu już po okresie kilkudziesięciu tysięcy lat, znikając zupełnie bez śladu. Z tego powodu w Drodze Mlecznej znamy obecnie zaledwie 265 pozostałości po supernowych, choć szacunkowa liczba tego rodzaju wybuchów w ciągu ostatnich kilku miliardów lat jest rzędu wielu milionów.

    kT (energia) - iloczyn stałej Boltzmanna k i temperatury T, ma wymiar energii. Ma bardzo duże znaczenie ze względu na to, że procesy chemiczne oraz wiele zjawisk fizycznych zależy od stosunku zmian energii związanych z tym zjawiskiem, ε, oraz średniej energii termicznej (cieplnej), która jest rzędu kT na 1 cząsteczkę (zob. równowaga chemiczna), czyli od wielkości (ε/kT). Przez fizyków i chemików wielkość kT jest traktowana jako swoista (zależna od temperatury) pseudojednostka energii. Strumień Arktura – strumień gwiazd utworzony przez gwiazdy pochodzące z nieistniejącej już galaktyki karłowatej wchłoniętej przez Drogę Mleczną. Ponieważ proces ten miał miejsce 5 do 8 miliardów lat temu, gwiazdy należące do wchłoniętej galaktyki zostały rozproszone i wymieszane z gwiazdami naszej Galaktyki. Gwiazdy należące do Strumienia Arktura charakteryzują się dużą prędkością własną oraz małą zawartością metali. Strumień ten został odkryty w 1971 roku, choć astronomowie już wcześniej podejrzewali jego istnienie. Był to pierwszy odkryty strumień. Jego nazwa pochodzi od jego najbardziej znanej gwiazdy – Arktura, która zarazem jest najbliższą gwiazdą od Ziemi pochodzącą z innej galaktyki.

    Tachion (z greckiego ταχύς tachýs – szybki, prędki) jest hipotetyczną cząstką elementarną, która porusza się z prędkością większą niż prędkość światła (zob. prędkość nadświetlna). Tachiony są często opisywane przez autorów fantastyki naukowej (występują między innymi w serii Star Trek). Nie ma jednak żadnego dowodu na istnienie tych cząstek. Dyssypacja (dysypacja) energii, rozpraszanie energii – przekształcanie energii uporządkowanego ruchu makroskopowego w energię chaotycznie rozłożoną na wiele stopni swobody, najczęściej – energię ruchów termicznych cząstek.

    Prędkość dryfu (prędkość unoszenia) – średnia prędkość jaką uzyskuje cząstka (elektron, dziura, jon, itp.) w materiale pod wpływem pola elektrycznego. Używanie tego pojęcia w odniesieniu do cząstek w próżni nie ma sensu, gdyż są one przyspieszane a ich prędkość zależy od różnicy potencjałów i ich masy. W przypadku zaś ośrodków materialnych (ciało stałe, ciecz, gaz, itp.) ruch przyspieszanej cząstki jest spowalniany przez oddziaływania z siecią krystaliczną (w ciele stałym) lub inne cząstki (w cieczy, gazie). W układzie będącym w stanie równowagi prędkości cząstek podlegają pewnemu rozkładowi. Nawet gdy nie jesteśmy go w stanie poznać, można posługiwać się mierzalną wielkością makroskopową: średnią prędkością cząstki, czyli właśnie prędkością dryfu. Detektor cząstek elementarnych jest szczególnym przypadkiem detektora promieniowania jądrowego, służącym do wykrywania obecności i badania własności indywidualnych cząstek elementarnych o wysokich energiach, z reguły przekraczających kilka MeV. Najczęściej detektory cząstek elementarnych wykorzystywane są do detekcji produktów zderzeń cząstek rozpędzonych w akceleratorze lub pochodzących z promieniowania kosmicznego.

    Dodano: 16.07.2009. 15:11  


    Najnowsze