Wieloletnia zagadka astrofizyczna wreszcie rozwiązana
Od ponad siedemdziesięciu lat naukowcy głowili się nad pochodzeniem wysokoenergetycznych cząstek, które nieustannie bombardują naszą planetę. Te tak zwane promienie kosmiczne stanowiły jedną z najbardziej uporczywych zagadek współczesnej astrofizyki. Przełomowe odkrycie, które może zamknąć tę długą debatę, wiąże się z najbardziej ekstremalnymi obiektami we wszechświecie – czarnymi dziurami.
Co to jest „kolano” w widmie promieni kosmicznych?
Kluczem do zrozumienia problemu było zjawisko nazywane przez naukowców „kolanem”. To nagła, charakterystyczna zmiana w rozkładzie energetycznym docierających do Ziemi cząstek. Obserwacje wskazywały, że powyżej pewnego, bardzo wysokiego progu energii, widmo promieni kosmicznych gwałtownie się załamuje. Przez dekady brakowało przekonującej teorii, która wyjaśniałaby, dlaczego tak się dzieje i jakie procesy są za to odpowiedzialne.
Odkrycie źródła wysokoenergetycznych promieni kosmicznych to kamień milowy w astrofizyce cząstek. Pozwala nam lepiej zrozumieć nie tylko to, co dzieje się w odległych galaktykach, ale także fundamentalne prawa fizyki rządzące przyspieszaniem materii do ekstremalnych energii.
Rola czarnych dziur w przyspieszaniu materii
Najnowsze badania, wspierane przez dane z obserwatoriów takich jak LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory), wskazują, że odpowiedzialne za generowanie tych potężnych „pocisków” są supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach aktywnych galaktyk. Proces ten, znany jako przyspieszanie Fermiego, polega na wielokrotnym odbijaniu naładowanych cząstek w potężnych polach magnetycznych otaczających dyski akrecyjne czarnych dziur. Cząstki te, niczym kulki w kosmicznej puszce, zyskują ogromne energie, zanim zostaną wystrzelone w przestrzeń międzygalaktyczną.
Dlaczego rozwiązanie przyszło dopiero teraz?
Przez długi czas identyfikacja precyzyjnego źródła była niemożliwa z kilku powodów:
- Zakrzywienie toru cząstek: Naładowane cząstki promieni kosmicznych są odchylane przez pola magnetyczne w kosmosie, co zaciera informację o kierunku, z którego przybyły.
- Rzadkość zdarzeń: Cząstki o najwyższych energiach docierają do Ziemi niezwykle rzadko, wymagając lat zbierania danych.
- Ograniczenia technologiczne: Dopiero nowoczesne, gigantyczne obserwatoria naziemne pozwoliły na detekcję rozległych „pęków atmosferycznych” z wystarczającą precyzją.
Implikacje odkrycia dla nauki
Rozwiązanie tej zagadki ma znaczenie wykraczające poza czystą astrofizykę. Zrozumienie mechanizmów przyspieszania cząstek do energii miliony razy większych niż te osiągane w najpotężniejszych akceleratorach na Ziemi, takich jak LHC, pozwala testować fizykę w ekstremalnych warunkach. Ponadto, promienie kosmiczne wpływają na procesy chemiczne w atmosferze i mogą odgrywać rolę w ewolucji życia na planetach. Odkrycie to otwiera nowy rozdział w badaniu najbardziej energetycznych zjawisk we wszechświecie i potwierdza kluczową rolę czarnych dziur jako kosmicznych „fabryk” cząstek elementarnych.
Foto: www.unsplash.com
Leave a Reply