4 Minute
Descifrarea misterului razelor cosmice ultra-energetice
De-a lungul decadelor, astrofizicienii au fost fascinați de enigma razelor cosmice—particule subatomice, în principal protoni și nuclee atomice, care bombardează neîncetat Pământul din spațiul cosmic profund. Deși majoritatea acestor particule de înaltă energie provin din fenomene cosmice bine cunoscute, o categorie rară, numită raze cosmice cu energie ultra-înaltă, continuă să ridice semne de întrebare cercetătorilor datorită energiilor lor ieșite din comun, uneori depășind un peta-electronvolt (PeV)—de aproximativ o mie de ori mai energetic decât cele mai puternice particule create în acceleratoarele construite de om.
Rolul supernovelor ca potențiale motoare PeVatron
Una dintre ipotezele cele mai promițătoare privind originea acestor particule PeV a fost explozia spectaculoasă a stelelor, cunoscută sub numele de supernovă. În timpul unei supernove, o stea aflată la finalul vieții sale colapsează sub propria greutate, declanșând o undă de șoc catastrofală și generând un grad intens de turbulență magnetică. Acest proces, teoretizează oamenii de știință, ar putea accelera particule încărcate—nuclee atomice și electroni—până aproape de viteza luminii. Totuși, unele observații empirice au ridicat îndoieli dacă aceste evenimente stelare violente dispun de suficientă energie pentru a explica cele mai extreme raze cosmice care ajung pe Terra.
Supernova Tycho: indicii din vecinătatea galactică
Un obiect de studiu esențial recent este supernova lui Tycho, o explozie stelară observată în 1572 în propria noastră galaxie, la câteva mii de ani-lumină de Pământ. Astronomii moderni au identificat acest eveniment ca fiind o detonație terminală a unei pitice albe într-un sistem binar, rezultând o supernovă termonucleară. Resturile supernovei Tycho s-au dovedit a fi un adevărat laborator cosmic pentru cercetarea capacității supernovelor de a accelera particule la energii record. Un studiu din 2023 a analizat câmpurile magnetice ale acestor resturi și a concluzionat că abilitatea lor de a genera raze cosmice PeV este semnificativ mai redusă decât estimau unele modele teoretice. Deși nu exclud complet supernovele ca surse de accelerare cosmică, aceste rezultate sugerează că impactul lor ar putea fi mai restrâns sau condiționat de circumstanțe stricte.
Simulări numerice evidențiază o fereastră crucială de accelerare
Un studiu colaborativ recent realizat de fizicienii Robert Brose (Universitatea din Potsdam), Iurii Sushch (Centrul Spaniol pentru Cercetări Energetice, de Mediu și Tehnologice) și Jonathan Mackey (Institutul de Studii Avansate Dublin) readuce atenția asupra supernovelor ca acceleratoare cosmice. Folosind simulări numerice avansate, cercetarea lor indică faptul că cheia atingerii energiilor de nivel PeV depinde atât de mediul local, cât și de momentul producerii supernovei.
În aceste modele, o stea pe moarte elimină inițial suficient material pentru a forma o înveliș dens în jurul ei. Unda de șoc a supernovei lovește apoi această cochilie groasă, creând nivelul necesar de turbulență magnetică pentru accelerarea particulelor la energii extreme. Esențial este faptul că acest mecanism de accelerare funcționează eficient doar într-o fereastră temporală restrânsă—în primul deceniu sau două după explozie, când mediul din jur este cel mai dens și haotic. Pe măsură ce această cochilie se dispersează și zona se extinde, capacitatea de a accelera particule la nivelul PeV scade rapid.
„Este posibil ca doar rămășițele de supernovă foarte tinere, care evoluează în medii dense, să asigure condițiile necesare pentru accelerarea particulelor până la energii PeV,” conchide echipa, sugerând că observarea unui astfel de eveniment în galaxia noastră ar aduce dovezi valoroase pentru acest model teoretic.
Viitorul: căutarea candidaților PeVatron
Aceste descoperiri oferă speranțe noi pentru elucidarea misterului persistent al „PeVatron-ilor” cosmici—motoare naturale ipotetice capabile să producă cele mai energetice raze cosmice din Univers. Deși supernova Tycho și-a trecut perioada maximă de accelerare cu câteva secole înainte de apariția detectorilor moderni, studiul arată că observațiile viitoare ale unor rămășițe mult mai tinere, din medii dense, ar putea furniza dovezile decisive pe care oamenii de știință le caută.
Cercetătorii se concentrează acum pe identificarea și monitorizarea supernovelor tinere și a resturilor lor, utilizând observatoare de ultimă generație. Aceste facilități, alături de îmbunătățirile din simularea numerică și modelarea teoretică, promit să clarifice și mai mult relația dintre energiile razelor cosmice și sursele lor astrofizice.
Concluzie
Misiunea de a descoperi originea celor mai energetice raze cosmice ale Universului se apropie de un posibil punct de cotitură, datorită progresului în simulare, observație și teorie. Deși nu toate supernovele pot genera particule de energie PeV, aceste cercetări evidențiază că cele plasate în medii dens populate și observate într-o etapă de tinerețe ar putea fi cele mai eficiente acceleratoare naturale ale galaxiei. Pe măsură ce oamenii de știință continuă explorarea cosmosului, moartea explozivă a unei stele apropiate ar putea aduce curând răspunsuri definitive, aducându-ne tot mai aproape de dezlegarea acestui mister cosmic.
Comentarii