Teoria powstawania promieniowania kosmicznego zagrożona

Badania przeprowadzone przez grupę fizyków z IceCube Neutrino Observatory, mieszczącego się na Antarktyce, pozwoliły uzyskać nowe wyniki, w świetle których obecnie istniejąca teoria dotycząca sposobu powstawania wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego może wymagać wprowadzenia kilku poprawek. Celem naukowców było zbadanie wysokoenergetycznych neutrin, których emisja, zgodnie z teorią, zachodzi wskutek gwałtownych wybuchów będących konsekwencją śmierci bardzo masywnych gwiazd. Ku wielkiemu zdziwieniu naukowców żadne neutrino nie zostało jednak zarejestrowane.

Rozbłyski gamma – źródło promieniowania kosmicznego?

Promieniowanie kosmiczne to strumień naładowanych cząstek, takich jak protony, o energiach kinetycznych często przekraczających 10¹⁸ eV tj. energiach milion razy większych, niż energia cząstek przyspieszanych w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w laboratorium fizyki cząstek elementarnych CERN pod Genewą. Miejsce, w którym powstaje ten rodzaj promieniowania od wielu dziesięcioleci jest przedmiotem intensywnych badań astrofizyków. Jednym z potencjalnych źródeł promieniowania kosmicznego są m.in. rozbłyski gamma (GRB) (ang. gamma-ray bursts), będące konsekwencją wybuchów bardzo masywnych gwiazd. Interesujący jest fakt, że energia uwalniana podczas każdego takiego wybuchu odpowiada energii, jaką Słońce może wyprodukować przez całe swoje życie. Zgodnie z opiniami wielu innych osób, możliwym źródłem promieniowania kosmicznego mogą być również jądra aktywnych galaktyk.

Ze względu na trudność śledzenia promieniowania kosmicznego, sprawdzenie powyższych teorii okazuje się wcale niełatwym zadaniem. Dzieje się tak dlatego, ponieważ, jak napisano wyżej, promieniowanie kosmiczne to strumień naładowanych cząstek, których tor ruchu, podczas ich długiej podróży w kierunku naszej planety, ulega odchyleniu w zewnętrznych silnych polach magnetycznych obecnych we Wszechświecie. Spośród wielu istniejących teorii dotyczących rozbłysków gamma, jeden z nich, nazywany modelem Fireball, jest zdaniem Nathana Whitehorna, fizyka z University of Wisconsin (USA) zaangażowanego w badania w ośrodku IceCube, najbardziej przekonujący.

Model Fireball bazuje na opisie eksplozji powodujących przyspieszanie dodatnio naładowanych protonów, które zderzając się z promieniami gamma tworzą piony (rodzaj cząstek elementarnych), które samoistnie rozpadają się na neutrina o energiach równych w przybliżeniu 10¹⁴ eV. W przeciwieństwie do cząstek promieniowania kosmicznego, neutrina nie ulegają wpływowi pola magnetycznego (neutrina, podobnie jak neutrony, są cząstkami elektrycznie obojętnymi), w związku z czym na podstawie ich trajektorii powinno być możliwe zidentyfikowanie ich źródła tj. (zgodnie z teorią Fireball) rozbłysków gamma.

Nieuchwytne neutrina

IceCube Neutrino Observatory dysponuje szeregiem tysięcy detektorów – fotopowielaczy – znajdujących się pod 1,5 – 2,5 kilometrową warstwą lodu, których celem jest detekcja błysków światła wytwarzanych podczas interakcji neutrin z lodem. Naukowcy poddali analizie dane zarejestrowane podczas rozbłysków gamma w ciągu dwóch ostatnich lat przez sieć około stu satelitów wyposażonych w detektory promieniowania gamma. Ku wielkiemu zdziwieniu naukowców, analiza ponad trzystu rozbłysków nie potwierdziła obecności nawet jednego neutrina, które zgodnie z teorią miały się podczas takich rozbłysków pojawiać. Brak obecności neutrin sugeruje, że albo podczas rozbłysków gamma nie jest wytwarzane promieniowanie kosmiczne, albo że obecne pomysły dotyczące mechanizmów kreacji neutrin są po prostu błędne.

Astrofizyk Kohta Murase z Ohio State University w USA powiedział, że „obserwacja neutrin jest bardzo ważnym narzędziem w celu rozwiązania tajemnicy powstawania wysokoenergetycznych neutrin”. Dodał również, że pomimo wyników uzyskanych przez fizyków z ośrodka IceCube, nie wyklucza rozbłysków gamma jako potencjalnego źródła neutrin.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com