четверг, 19 апреля 2012 г.

Возникновение космических лучей сверхвысокой энергии не удалось объяснить гамма-всплесками

Возникновение космических лучей сверхвысокой энергии не удалось объяснить гамма-всплескамиВозникновение космических лучей сверхвысоких энергий пока не удается объяснить гамма-всплесками: антарктическая нейтринная обсерватория IceCube за два года работы вообще не обнаружила высокоэнергетических нейтрино, которые, согласно теоретическим моделям, должны были возникнуть в результате таких всплесков. Теперь ученым предстоит корректировать теорию, объясняющую рождение космических лучей сверхвысоких энергий.

Ежесекундно в атмосферу нашей планеты со всех сторон врезаются мириады заряженных частиц. В основном это ускоренные до околосветовых скоростей ядра атомов водорода (протоны), хотя среди них встречаются и ядра гелия, и другие тяжелые частицы. Многие из них преодолели длинный путь, начав свое путешествие у других звезд и даже галактик, – это космические лучи (КЛ). Их потоки пронизывают межзвездную и межгалактическую среду. А их изучение пополняет наши знания не только об этой среде и механизмах, породивших КЛ, но и об элементарных частицах вообще.

Последнее возможно потому, что энергии частиц КЛ порой достигают огромных значений. На сегодняшний день зарегистрированы частицы с энергиями до 1020 электронвольт. Это сравнимо с энергией теннисного мяча, пущенного со скоростью 90 км/ч (правда он при этом несёт гораздо больший импульс).

И на порядки превышает энергию протонов в Большом адронном коллайдере.

Заряженные частицы, разогнанные в природных ускорителях почти до скорости света, сталкиваются с атомами атмосферы Земли и порождают лавину вторичных частиц-осколков, которые уже можно изучать непосредственно или наблюдать излучение от них. Это очень похоже на то, что происходит в ускорителях, построенных человеком.

К слову, мюон и позитрон были впервые открыты именно при изучении космических лучей.

Но что же придает космическим лучам такую большую энергию? На этот вопрос еще нет исчерпывающего ответа. Основным природным ускорителем частиц внутри Галактики, вероятно, являются вспышки сверхновых звезд. В них частицы разгоняются ударными волнами, возникающими во время взрыва. Однако таким способом можно создать частицы с энергиями, не превышающими 1016 электронвольт. А для объяснения сверхвысоких энергий необходимо привлекать иные механизмы.

В качестве одного из таких механизмов физики предложили

ускорение частиц в направленных выбросах вещества космических гамма-всплесков.

Эти явления, как считается, во многом похожи на вспышки сверхновых и связаны с коллапсом ядра очень массивной звезды. Но в данном случае коллапс сопровождается наблюдением мощной вспышки гамма-излучения, видимой с расстояния в миллионы световых лет.

Если во время гамма-всплеска действительно возникают протоны сверхвысоких энергий, то в результате их взаимодействия с потоком гамма-излучения будут рождаться ещё и энергичные нейтрино – лёгкие и «маленькие» нейтральные частицы. В силу своей легкости они движутся почти так же быстро, как свет, и могут быть обнаружены на Земле почти одновременно с регистрацией вспышки гамма-излучения.

Тип, энергию и количество таких нейтрино можно предсказать теоретически. А значит,

описываемая гипотеза может быть проверена экспериментально в рамках наблюдений за потоками нейтрино, сопутствующими гамма-всплескам.

Именно такой проверке и посвящена работа физиков проекта IceCube, опубликованная в журнале Nature.

Вообще говоря, регистрация нейтрино – задача весьма трудоемкая. Они крайне слабо взаимодействуют с веществом. Поэтому, несмотря на то что ежесекундно каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты пронизывают десятки миллиардов этих частиц (практически все они идут к нам от Солнца), для того чтобы зарегистрировать хотя бы одну из них, необходимо постоянно следить за как можно большим объемом вещества. Случайное столкновение нейтрино с одним из атомов рабочего вещества приведет к короткой вспышке света, которую уже легко обнаружить современными детекторами.

Именно на этом принципе основана работа современных нейтринных телескопов, такие как установка на Баксанской нейтринной обсерватории в России или телескоп IceCube на Южном полюсе.

В последнем случае в качестве рабочего вещества используется толща антарктического льда. В нем пробурены 86 скважин глубиной 2,5 км, в которые спущены тросы с оптическими детекторами.

Сами детекторы, общим числом более пяти тысяч, располагаются на глубине от 1,5 до 2,5 километров.

Такая конструкция позволяет просматривать около одного кубического километра антарктического льда, что, собственно, и дало название всему проекту.

На тот момент, однако, когда проводился поиск нейтрино от гамма-всплесков, обсерватория IceCube еще не работала в полную мощность – только 59 из 86 её «нитей» были введены в строй. Но даже в таком режиме IceCube, по расчетам физиков, должна была за два года зарегистрировать почти десяток нейтрино высоких энергий от гамма-всплесков.

В действительности же

установка не зарегистрировала, строго говоря, ни одного нейтрино в ожидаемом диапазоне энергий.

Что, с учетом случайного характера таких событий, позволяет установить верхнюю границу потока этих частиц. И эта граница оказывается почти в четыре раза ниже предсказанного значения.

Этот результат означает, что теорию, объясняющую рождение космических лучей сверхвысоких энергий в гамма-всплесках следует как минимум подкорректировать. Данная теория не обязательно полностью неверна: возможно, мы просто переоцениваем вклад предлагаемого в ней механизма в формирование энергетического спектра космических лучей.
Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Космос":

Анонсирована игра «Космические рейнджеры HD: Революция»
Издательство «1С-СофтКлаб» представило продолжение популярной стратегической ПК-серии «Космические рейнджеры» — игру «Космические рейнджеры супер-HD: Революция Бесконечности Навсегда». Разработала проект студия СНК-Games, уверяющая, что это самостоятельное дополнение ко вторым «Косморейнджерам», хотя это больше похоже на сплав аддона и ремейка. В «Революцию» войдёт переработанная версия «Космиче...
  (читать дальше)

Обнародовано самое детальное изображение туманности Тарантул
Несколько миллионов молодых звёзд — это туманность Тарантул. Данное изображение представляет собой крупнейшую мозаику в истории космического телескопа «Хаббл». Оно обнародовано НАСА и Институтом космических телескопов (США) в честь 22-го дня рождения «Хаббла». Если вам покажется, что нечто подобное вы уже видели, вы правы — затравка действительно была. Снимки сделаны «Широкоугольной камерой-3»...
  (читать дальше)

Звёзды значительно чаще захватывают бродячие планеты
Новое исследование астрономов из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (Кембридж, Массачусетс, США) позволило создать компьютерную модель, описывающую захват звёздами нашей Галактики «бродячих планет», выброшенных за пределы своих родных солнечных систем и длительное время скитавшихся в межзвёздном пространстве. Оказалось, что только в Млечном Пути миллиарды звёзд имеют такие «пришлые» плане...
  (читать дальше)

MESSENGER сфотографировал типичный меркурианский кратер
Этот меркурианский кратер, сфотографированный космическим аппаратом MESSENGER, назван в честь английского поэта и философа XVII в. Джона Донна. Яма диаметром 83 км имеет большой округлый центральный пик и многочисленные дольчатые уступы, выстилающие его дно. Такого рода дольчатые уступы можно найти по всему Меркурию. Сверху они кажутся дугообразными грядами. Скорее всего, это надвиги, образовавш...
  (читать дальше)

США задумались о новой системе инерциальной навигации на базе микроядерного магнитного резонанса
Управление перспективных исследований Министерства обороны США (DARPA) объявило тендер на создание новой системы GPS-независимой инерциальной системы навигации, которая позволила бы применять высокоточное оружие против стран, имеющих мощные средства радиоэлектронной и противоспутниковой борьбы. Сегодня практически всё высокоточное американское оружие полагается на GPS. Не на ту неумёху в вашем н...
  (читать дальше)

«Кассини» совершил успешный облёт Энцелада
Эти необработанные изображения спутников Сатурна Энцелада и Тефии были получены 14 апреля 2012 года космическим кораблём «Кассини». «Кассини» пролетел мимо Энцелада на расстоянии 74 км. Манёвр был разработан в основном для того, чтобы ионный и нейтральный масс-спектрометр смог попробовать на вкус струи ледяной воды, водяного пара и органических соединений, вырывающиеся из этой луны. «Кассини» пр...
  (читать дальше)

«Тёплому» этапу работы космического телескопа «Спитцер» исполнилась тысяча дней
Вот уже тысячу дней инфракрасная камера IRAC на борту космического телескопа «Спитцер» непрерывно исследует самые отдалённые области Вселенной и наши окрестности. Эта так называемая тёплая программа началась, когда у обсерватории закончилась охлаждающая жидкость — и тем завершилась «холодная» миссия. В ознаменование первой тысячи дней успешной работы в новом режиме Гарвард-Смитсоновский центр ас...
  (читать дальше)

«Пионеры» оказались оснащены космическими двигателями, не предусмотренными создателями
Легендарные «Пионеры» уже давно вызывают у научного сообщества тягостное недоумение своими траекториями: выйдя за пределы Солнечной системы, они всё больше отклонялись от той «тропинки», которая была задана им при отправке. Подозреваемыми по этому удивительному делу пробовали назвать уже и тёмную материю, и тёмную энергию, но недавняя работа группы американских исследователей под руководством Вяче...
  (читать дальше)

Canon EOS 60Da: зеркальная камера для астрофотографии
Компания Canon представила сегодня зеркальный фотоаппарат со сменной оптикой EOS 60Da (модификация EOS 60D), приходящий на смену модели EOS 20Da. Новинка ориентирована на... любителей астрофотографии. Она оснащена модифицированным инфракрасным фильтром и сенсором с низким уровнем шума. Чувствительность к излучению с длиной волны 656,3 нм (линия Hα серии Бальмера спектра излучения водорода) повыш...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)