Ανιχνεύθηκαν φωτόνια τεράστιας ενέργειας (>100 TeV) από αστροφυσική πηγή

Κινέζοι και Ιάπωνες αστροφυσικοί ανακοίνωσαν ότι ανίχνευσαν πάνω από το Θιβέτ τα υψηλότερης ενέργειας φωτόνια που έχουν δει ποτέ να έρχονται στη Γη από το σύμπαν. Πρόκειται για ακτίνες γάμμα με ενέργειες έως 450 TeV (1 TeV = 1012 eV) , με προέλευση το θεαματικό Νεφέλωμα του Καρκίνου, το απομεινάρι μιας αστρικής έκρηξης, η οποία είχε παρατηρηθεί από Κινέζους αστρονόμους πριν σχεδόν 1.000 χρόνια.

Σήμερα στην καρδιά αυτού του όμορφου νεφελώματος, σε απόσταση περίπου 6.523 ετών φωτός από τη Γη, βρίσκεται ένας ισχυρός και πολύ πυκνός αστέρας νετρονίων (πάλσαρ), ο οποίος εκτιμάται ότι είναι η αιτία των φωτονίων πολύ υψηλής ενέργειας.
Οι 90 ερευνητές του πειράματος ASgamma στο Θιβέτ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση [First Detection of Photons with Energy Beyond 100 TeV from an Astrophysical Source] στο περιοδικό φυσικής «Physical Review Letters», ανακοίνωσαν ότι μεταξύ 2014-2017 ανίχνευσαν 24 ακτίνες γάμμα με ενέργειες από 100 ως 450 TeV. Ο προηγούμενος κάτοχος του ρεκόρ ήταν ακτίνες γάμμα με ενέργεια 75 TeV που είχαν ανιχνευθεί από το πείραμα High Energy Gamma Ray Astronomy στα ισπανικά Κανάρια νησιά. Συγκριτικά, τα φωτόνια από τον Ήλιο μας που φθάνουν στον πλανήτη μας, έχουν ενέργεια μόλις λίγων ηλεκτρονιοβόλτ.
Το πείραμα ASgamma διαθέτει σχεδόν 600 ανιχνευτές ακτίνων γάμμα, οι οποίοι μετατρέπουν την πρόσκρουση ενός σωματιδίου σε ηλεκτρονικό σήμα. Οι ανιχνευτές, μέσα σε υπόγειες δεξαμενές νερού, είναι εξαπλωμένοι σε μια τεράστια έκταση 66.000 τετραγωνικών μέτρων σε μια κοιλάδα του Θιβέτ, σε υψόμετρο 4.300 μέτρων. Όταν οι ακτίνες γάμμα προσκρούουν στη γήινη ατμόσφαιρα, δημιουργούν μια «βροχή» υποατομικών σωματιδίων, τα οποία πέφτουν πάνω στους ανιχνευτές και αυτοί, με τη σειρά τους, καταγράφουν την ενέργεια και την πηγή προέλευσης τους.

              
Μια βασική δυσκολία είναι να γίνει διάκριση ανάμεσα στις ακτίνες γάμμα και στην κοσμική ακτινοβολία, δηλαδή τα φορτισμένα σωματίδια που επίσης φθάνουν σε υψηλές ενέργειες και προκαλούν αντίστοιχες «βροχές» σωματιδίων στη Γη. Ευτυχώς στη δεύτερη περίπτωση δημιουργούνται λιγότερα μιόνια («ξαδέρφια» των ηλεκτρονίων) από όσα προκαλούν οι ακτίνες γάμμα. Η ανίχνευση των μιονίων επιτρέπει το διαχωρισμό μεταξύ ακτίνων γάμμα και άλλων κοσμικών ακτίνων. Οι ακτίνες γάμμα ταξιδεύουν σε ευθείες γραμμές και ο εντοπισμός της πηγής τους στο σύμπαν είναι πιο εύκολος από ό,τι των κοσμικών ακτίνων, που επηρεάζονται από τα μεσολαβούντα μαγνητικά πεδία και δεν ακολουθούν ευθύγραμμες πορείες.
Οι φυσικοί εκτιμούν ότι το μαγνητικό πεδίο ενός πάλσαρ επιταχύνει τα ηλεκτρόνια σε ενέργειες πολύ μεγαλύτερες από αυτές που πετυχαίνουν οι επιταχυντές στη Γη (της τάξης των PeV=1015 eV) . Αυτά τα ηλεκτρόνια στη συνέχεια αλληλεπιδρούν (αντίστροφο φαινόμενο Compton) με φωτόνια χαμηλής ενέργειας (της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου που κατακλύζει το σύμπαν), παράγοντας φωτόνια με πολύ υψηλότερες ενέργειες. Σύμφωνα με τους ερευνητές, το Νεφέλωμα του Καρκίνου θεωρείται πλέον ο πιο ισχυρός φυσικός επιταχυντής που είναι γνωστός στο γαλαξία μας.
Εκτός από τους αστέρες νετρονίων, οι τεράστιες μαύρες τρύπες στο κέντρο των γαλαξιών θεωρούνται άλλη μια πηγή φωτονίων (ακτίνων γάμμα) πολύ υψηλής ενέργειας. Νέα ισχυρότερα παρατηρητήρια στο μέλλον, όπως το υπό ανάπτυξη Τηλεσκόπιο Τσερένκοφ, μπορεί να εντοπίσουν ακόμη ισχυρότερη ακτινοβολία από κάποια πηγή του σύμπαντος.


Πηγή: ΑΠΕ-ΜΠΕ – https://physicsworld.com/a/cosmic-gamma-ray-energy-record-shattered-by-high-altitude-observatory/
https://arxiv.org/pdf/1906.05521.pdf