超高エネルギー粒子の宇宙地図は、長い間隠されていた宝物を指し示しています

プラトン再発行

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おとめ座を起源とする宇宙線は、銀河のねじれた力線の中で曲がり、オージェがその過剰の中心を見るおおいぬ座の方向から私たちに当たるようにします。研究者たちは、異なるエネルギーの宇宙線に対して、結果として生じるパターンがどのように変化するかを分析しました。彼らは一貫して、オージェのデータのさまざまなサブセットとの密接な一致を見つけました。

超高エネルギー宇宙線の起源に関する研究者の「連続モデル」は単純化されたものです—すべての物質が超高エネルギー宇宙線を放出するわけではありません。しかし、その目覚ましい成功は、実際の光線源が豊富であり、大規模な構造をたどって、すべての物質に均等に広がっていることを明らかにしています。ザ・研究、に表示されます 天体物理学ジャーナルの手紙、幅広い賞賛を集めています。「これは本当に素晴らしいステップです」とワトソンは言いました。

すぐに、特定の株が上昇しました。特に、宇宙で比較的一般的であるが、オーマイゴッド粒子を生成するのに十分なほど特殊である可能性のある針を通るXNUMX種類の候補オブジェクト。

イカロススター

2008年、ファラーと共著者提案された潮汐破壊現象（TDE）と呼ばれる大変動は、超高エネルギー宇宙線の発生源である可能性があります。

TDEは、星がイカロスを引っ張って超大質量ブラックホールに近づきすぎると発生します。星の前面は背面よりもはるかに重力を感じているため、星はスミザリーンズに引き裂かれ、深淵に渦巻いています。渦巻きは約XNUMX年続きます。それが続く間、物質のXNUMXつの噴流（破壊された星の素粒子の断片）がブラックホールから反対方向に噴出します。これらのビームの衝撃波と磁場は、それらを宇宙に投げ飛ばす前に、核を超高エネルギーに加速するために共謀する可能性があります。

潮汐破壊現象は、すべての銀河でおよそ100,000、XNUMX年にXNUMX回発生します。これは、宇宙論的には常にどこでも発生することと同じです。銀河は物質の分布を追跡するので、TDEはDing、Globus、Farrarの連続モデルの成功を説明することができます。

さらに、TDEの比較的短いフラッシュは、他のパズルを解きます。 TDEの宇宙線が私たちに届くまでに、TDEは何千年もの間暗くなっていたでしょう。同じTDEからの他の宇宙線は、別々の曲がった経路をたどる可能性があります。何世紀にもわたって到着しないものもあります。 TDEの一時的な性質は、既知の物体の位置との強い相関関係がなく、宇宙線の到達方向にパターンがほとんどないように見える理由を説明することができます。「私は今、それらがほとんど一時的なものであると信じる傾向があります」とファラーは光線の起源について述べました。

TDE仮説は、最近、観察からさらに後押しされました。で報告された 自然天文学 2月中。

ロバートスタイン論文の著者の2019人は、南極のIceCubeニュートリノ天文台から警告が届いたXNUMX年XNUMX月に、カリフォルニアで掃天観測と呼ばれる望遠鏡を操作していました。 IceCubeは特にエネルギッシュなニュートリノを発見しました。高エネルギーニュートリノは、さらに高エネルギーの宇宙線が、それらが生成される環境で光や物質から散乱するときに生成されます。幸いなことに、ニュートリノは中性であるため、直線で私たちのところに移動するので、親の宇宙線の源を直接指し示します。

スタインは望遠鏡をアイスキューブのニュートリノの到着方向に回転させました。「ニュートリノが到着した位置からの潮汐破壊現象がすぐに見られました」と彼は言いました。

この対応により、TDEが少なくともXNUMXつの超高エネルギー宇宙線源である可能性が高くなります。しかし、ニュートリノのエネルギーはおそらく低すぎて、TDEが非常に高いエネルギーの光線を生成することを証明できませんでした。一部の研究者は、これらの過渡現象が原子核を観測されたエネルギースペクトルの極限まで加速できるかどうかを強く疑問視しています。理論家たちは、そもそもイベントがどのように粒子を加速させるのかをまだ調査しています。

その間、他の事実は他の場所で何人かの研究者の注意を向けました。

スターバーストスーパーウィンズ

オージェやテレスコープアレイなどの宇宙線天文台でも、いくつかのホットスポットが見つかりました。これは、超高エネルギー宇宙線の到着方向にある小さな微妙な濃度です。 2018年、オーガー公表ここから数億光年以内の天体物理学的物体の位置とそのホットスポットを比較した結果。（遠くからの宇宙線は、旅の途中の衝突であまりにも多くのエネルギーを失うでしょう。）

相互相関コンテストでは、たわみ宇宙線の経験を考えると、どのタイプのオブジェクトも例外的にうまく機能しませんでした。しかし、最も強い相関関係は多くの専門家を驚かせました。光線の約10％は、いわゆる「スターバースト銀河」の方向から13度以内から来ていました。「彼らはもともと私の皿の上にいませんでした」と言いましたマイケル・アンガーオージェチームのメンバーであるカールスルーエ工科大学の

誰もがこれほど興奮していませんでしたルイス・アンカードキ、ニューヨーク市立大学リーマンカレッジの天体物理学者。提案された 1999年の超高エネルギー宇宙線の起源としてのスターバースト銀河。「私は現在データが指しているモデルを提案したので、私はこれらのことに偏っている可能性があります」と彼は言いました。

スターバースト銀河は絶えずたくさんの巨大な星を作り出しています。巨大な星は超新星爆発で速く生き、若くして死ぬ、そしてアンカードキと主張すべての超新星の集合的な衝撃波によって形成される「超風」が、宇宙線を私たちが検出する驚異的な速度に加速するものであるということ。

このメカニズムが機能することを誰もが確信しているわけではありません。「問題は、これらのショックはどれくらい速いのかということです。」前記フランクリーガー、ハイデルベルク大学の天体物理学者。「私はそれらが最高のエネルギーに行くことを期待すべきですか？現時点では、私はそれについて疑わしいです。」

他の研究者は、スターバースト銀河内の天体が宇宙線加速器として機能している可能性があり、相互相関研究はこれらの他の天体の豊富さを単に拾い上げていると主張しています。「一過性のイベントを自然の源として考える人として、それらはスターバースト銀河に非常に富んでいるので、私は問題がありません」とファラーは言いました。

アクティブな銀河

相互相関研究では、別の種類の天体がスターバースト銀河とほぼ同じように機能しました。活動銀河核またはAGNと呼ばれる天体です。

AGNは、プラズマが中央の超大質量ブラックホールを飲み込む「活動銀河」の白熱した中心です。ブラックホールは、巨大で長持ちするジェットを発射しながらプラズマを吸い込みます。

「ラジオラウド」AGNと呼ばれる特に明るいサブセットのハイパワーメンバーは、宇宙で最も明るい永続的なオブジェクトであるため、超高エネルギー宇宙線のソースの有力な候補であり続けています。

しかし、これらの強力なラジオラウドAGNは、宇宙では非常にまれであり、Ding、Globus、およびFarrarのテストに合格することはできません。これらは、大規模構造のトレーサーにはなり得ません。実際、私たちの宇宙の近所にはほとんどありません。「彼らは素晴らしい情報源ですが、私たちの裏庭にはありません」とリーガーは言いました。

それほど強力ではないラジオラウドAGNははるかに一般的であり、連続モデルに似ている可能性があります。たとえば、ケンタウルス座Aは、最も近いラジオラウドAGNであり、オージェ天文台の最も目立つホットスポットにあります。（スターバースト銀河もそうです。）

長い間、リーガーと他の専門家は、陽子をオーマイゴッド粒子レベルに加速するために低電力AGNを取得するのに真剣に苦労していました。しかし、最近の発見により、彼らは「ゲームに戻った」と彼は語った。

天体物理学者は、すべての宇宙線の約90％が陽子（つまり、水素原子核）であることを長い間知っていました。他の9％はヘリウム原子核です。光線は酸素や鉄などのより重い原子核である可能性がありますが、専門家は長い間、超高エネルギー宇宙線を加速するために必要な激しいプロセスによってこれらが引き裂かれると考えていました。

次に、驚くべき発見 2010年代初頭、オージェ天文台の科学者たちは、エアシャワーの形状から、超高エネルギー光線は主に炭素、窒素、シリコンなどの中程度の原子核であると推測しました。これらの原子核は、低速で移動しながら陽子と同じエネルギーを達成します。そしてそれは、順番に、候補の宇宙加速器のいずれかがどのように機能するかを想像することをより簡単にします。

たとえば、Rieger メカニズムを特定しましたこれにより、低電力AGNは、より重い宇宙線を超高エネルギーに加速することができます。粒子は、AGNのジェット内で左右にドリフトし、流れの最速部分に再び入るたびに蹴られる可能性があります。「その場合、彼らは低電力の電波源でそれを行うことができるとわかります」とリーガーは言いました。「それらは私たちの裏庭にもっとあるでしょう。」

別の論文潮汐破壊現象が自然に中程度の重さの核を生成するかどうかを調査しました。「答えは、破壊された星が白色矮星である場合に起こる可能性があるということです」と述べました。セシリア・ルナルディーニ、この論文を共同執筆したアリゾナ州立大学の天体物理学者。「白色矮星はこの種の組成を持っています—炭素、窒素。」もちろん、TDEはどの「不幸な星」にも起こり得るとLunardini氏は述べています。「しかし、白色矮星がたくさんあるので、これはあまり不自然なものではないと思います。」

研究者たちは、最もエネルギーの高い宇宙線が重い側にあることの意味を探求し続けています。しかし、彼らはそれが彼らをどのように加速するかという問題をより簡単にすることに同意することができます。「より高いエネルギーに向けた重い構成は、物事をはるかにリラックスさせます」とリーガーは言いました。

一次情報

候補アクセラレータの短いリストが具体化するにつれて、正しい答えの検索は、新しい観察によって導かれ続けます。アップグレードされた天文台であるAugerPrimeに誰もが興奮しています。今年後半から、全体の構成を推定するのではなく、個々の宇宙線イベントの構成を特定します。このようにして、研究者は地球に向かう途中で最も偏向が少ない陽子を分離し、それらの到着方向を振り返って個々の発生源を特定することができます。（これらのソースは、おそらくより重い核も生成します。）

多くの専門家は、光源の混合が超高エネルギー宇宙線スペクトルに寄与する可能性があると考えています。しかし、彼らは一般に、XNUMXつのソースタイプが支配的であり、XNUMXつだけがスペクトルの極限に到達することを期待しています。「私のお金はそれがたったXNUMXつであることにかかっています」とUngerは言いました。

編集者注：NoémieGlobusは現在、チェコ共和国のELIBeamlinesおよびニューヨークのFlatironInstituteと提携しています。 Flatiron Instituteは、この編集上独立した雑誌にも資金を提供しているSimonsFoundationによって資金提供されています。サイモンズ財団との提携 私たちのカバレッジとは関係ありません.

出典：https：//www.quantamagazine.org/high-energy-cosmic-ray-sources-mapped-out-for-the-first-time-20210427/

タイムスタンプ： 2021 年 4 月 27 日