אסטרונומים תהו זמן רב מהיכן מקורן של קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה בגלקסיה שלנו? תצפיות חדשות בעזרת המצפה ניסוי צ'רנקוב מים בגובה רב (HAWC) גילה מועמד כמעט בלתי אפשרי: אחרת, ענן מולקולרי ענק הוא תופעה שכיחה.
קרניים קוסמיות אינן קרניים כלל, אלא חלקיקים זעירים הנוסעים ביקום כמעט במהירות האור. הם יכולים להיות מורכבים מאלקטרונים, פרוטונים או אפילו יונים של יסודות כבדים יותר. הם נוצרים בכל מיני תהליכים בעלי אנרגיה גבוהה ברחבי הקוסמוס, מפיצוצי סופרנובה ועד מיזוגים כוכביים ואפילו כאשר חור שחור שואב גז. קרניים קוסמיות מגיעות במגוון רחב של אנרגיות, ובאופן כללי, קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה פחות שכיחות מבני דודן באנרגיה נמוכה יותר. יחס זה משתנה מעט מאוד באנרגיה מסוימת - 10^15 וולט אלקטרונים - הנקראת "ברך". האלקטרון וולט, או eV, הוא פשוט הדרך בה פיזיקאים של חלקיקים אוהבים למדוד רמות אנרגיה. לשם השוואה, מתנגש החלקיקים החזק ביותר על פני כדור הארץ, מאיץ ההדרונים הגדול, יכול להגיע ל-13×10^12 eV, אשר מסומן לעתים קרובות כ-13 טרה-אלקטרון וולט או 13 TeV.
קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה מעל 10-15 eV נדירות הרבה יותר ממה שניתן לצפות. זה גרם לאסטרונומים להאמין שכל קרני קוסמיות ברמת אנרגיה זו ומעלה מגיעות מחוץ לגלקסיה, בעוד שתהליכים בשביל החלב מסוגלים לייצר קרניים קוסמיות של עד וכולל 10-15 eV. כל מה שיוצר את הקרניים הקוסמיות הללו יהיה בטווח ה"פטה" ולכן חזק יותר מפי 1000 ממאיצי החלקיקים הטובים ביותר שלנו - ה"פבטרון" הטבעי המשוטט בגלקסיה.
המשימה פשוטה: למצוא את מקור הקרניים הקוסמיות בקנה מידה PEV בשביל החלב. אבל למרות האנרגיה שלהם, קשה לקבוע את מקורם. הסיבה לכך היא שקרניים קוסמיות מורכבות מחלקיקים טעונים, וחלקיקים טעונים הנעים בחלל הבין-כוכבי מגיבים לשדה המגנטי של הגלקסיה שלנו. אז כשאתה רואה קרן קוסמית בעלת אנרגיה גבוהה מגיעה מכיוון מסוים בשמים, אין לך באמת מושג מאיפה היא באמת הגיעה – דרכה התפתלה והתעוותה במסעה לכדור הארץ. אבל במקום לחפש קרניים קוסמיות ישירות, אנחנו יכולים לחפש את קרוביהם.
כאשר קרניים קוסמיות פוגעות בטעות בענן של גז בין-כוכבי, הן יכולות לפלוט קרני גמא, צורה בעלת אנרגיה גבוהה של קרינה. קרני גמא אלו עוברות דרך הגלקסיה בקו ישר, מה שמאפשר לנו לקבוע ישירות את מקורן. לכן, אם אנו רואים מקור קרני גמא חזק, נוכל לחפש מקורות קרובים של קרניים קוסמיות PEV.
מעניין גם:
בשיטה זו השתמשו קבוצת חוקרים המשתמשים ב-HAWC, שנמצא על הר הגעש סיירה נגרה בדרום מרכז מקסיקו. HAWC "מסתכל" על השמיים לצד טנקים מלאים במים טהורים במיוחד. כאשר חלקיקים או קרינה עתירי אנרגיה פוגעים במאגרים, הם פולטים הבזק של אור כחול, המאפשר לאסטרונומים לעקוב אחר המקור בשמים.
בפירוט במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת arXiv, אסטרונומים זיהו מקור של קרני גמא העולה על 200 TeV שניתן להפיק רק על ידי קרניים קוסמיות חזקות עוד יותר - מסוג הקרניים הקוסמיות שמגיעות לסולם PEV. המקור, בשם HAWC J1825-134, ממוקם בערך לכיוון מרכז הגלקסיה. HAWC J1825-134 נראה לנו ככתם בהיר של קרני גמא המואר על ידי מקור קרני קוסמי לא ידוע כלשהו - אולי מקור הקרינה הקוסמית הידוע החזק ביותר בשביל החלב.
מספר חשודים נפוצים במקור קרניים קוסמיות באנרגיה גבוהה נמצאים במרחק של כמה אלפי שנות אור מ-HAWC J1825-134, אך אף אחד מהם לא יכול להסביר בקלות את האות. לדוגמה, המרכז הגלקטי עצמו הוא מחולל ידוע של קרניים קוסמיות עזות, אך הוא רחוק מדי מ-HAWC J1825-134 כדי להיות רלוונטי למדידות אלו. יש כמה שרידי סופרנובה, והסופרנובות הן ללא ספק חזקות מאוד. אבל כל הסופרנובות באזור HAWC J1825-134 התפוצצו לפני זמן רב - לפני זמן רב מכדי לייצר את הקרניים הקוסמיות בעלות האנרגיה הגבוהה האלה עכשיו.
פולסרים - השרידים הצפופים המסתובבים במהירות של הליבות של כוכבים מסיביים - מייצרים גם כמויות עצומות של קרניים קוסמיות. אבל גם הם רחוקים מדי ממקור קרינת הגמא - אנרגיית האלקטרונים והפרוטונים המגיעים מהפולסר - הם פשוט לא גבוהים מספיק כדי לעבור אלפי שנות אור למקום שבו נפלטת קרינת הגמא.
באופן מפתיע, התברר שהמקור של הקרניים הקוסמיות שוברות השיאים הללו הוא לא אחר מאשר ענן מולקולרי ענק. העננים האלה הם יצורים ענקיים ומגושמים מלאים באבק ובגז שמסתובבים בגלקסיה. לפעמים הם מתכווצים והופכים לכוכבים, אבל אחרת הם יכולים להישאר שקטים ורפויים במשך מיליארדי שנים.
בתוך מתחם העננים נמצא צביר של כוכבים שזה עתה נולדו, אך אפילו הכוכבים הצעירים המהודרים והקולניים ביותר אינם נחשבים כחזקים מספיק כדי לשגר קרניים קוסמיות כאלה. החוקרים עצמם מודים שהם לא יודעים איך הענן הזה עושה את זה, אבל איכשהו, כשאף אחד לא שם לב, הוא יצר כמה מהחלקיקים החזקים ביותר בגלקסיה כולה.
קרא גם: