Kozmični delci ekstremnih energij prihajajo do nas iz izvorov izven naše galaksije

Sept. 22, 2017

Znanstveniki mednarodne kolaboracije Pierre Auger so danes (22. septembra 2017) v prestižni znanstveni reviji Science objavili izsledke raziskav, ki kažejo, da kozmični delci z več miljonkrat višjimi energijami, kot jih imajo protoni v velikem hadronskem trkalniku LHC, prihajajo iz izvorov izven naše galaksije. Pri raziskavah so sodelovali slovenski raziskovalci z Univerze v Novi Gorici in Instituta »Jožef Stefan«.

Rezultat je revolucionaren, saj je vprašanje, kako in kje nastajajo kozmični delci ekstremnih energij – znotraj naše galaksije ali izven nje – odprto že več kot petdeset let. Med najverjetnejše kraje njihovega nastanka sodijo aktivna galaktična jedra – to so središča galaksij, v katerih se skrivajo črne luknje, ki požirajo snov iz okolice. Objava v reviji Science temelji na več kot deset letnem naboru meritev največjega detektorja za kozmične delce na svetu, Observatorija Pierre Auger v Argentini. Po mnenju sedanjega predstojnika kolaboracije, profesorja Karl-Heinz Kamperta z Univerze v Wuppertalu, »smo sedaj bistveno bliže razumevanju dolgoletne uganke, kje in kako kozmični delci ekstremnih energij nastajajo. Naša meritev ponuja nedvoumen dokaz, da so izvori izven naše galaksije«.

V mednarodni kolaboraciji Pierre Auger sodeluje več kot 400 znanstvenikov, inženirjev in tehnikov iz osemnajstih držav sveta. Skupina slovenskih raziskovalcev je v njej aktivna že od nastajanja idejne zasnove Observatorija Pierre Auger, ko je leta 1994 prof. dr. Danilo Zavrtanik dobil povabilo Nobelovega nagrajenca za fiziko Jamesa Cronina, zaslužnega profesorja Univerze v Chicagu in častnega doktorja Univerze v Novi Gorici, da se priključi projektu. Temeljni kamen observatorija je bil položen 17. marca 1999 v Argentinski provinci Mendoza, kjer od januarja 2004 neprekinjeno meri lastnosti kozmičnih delcev ekstremnih energij. Delo v kolaboraciji Pierre Auger je pravo mednarodno partnerstvo, saj nobena od sodelujočih držav ni prispevala večinskega deleža za izgradnjo, ki je znašala skupaj 54 milijonov ameriških dolarjev, oziroma za obratovanje Observatorija. Poleg raziskovalnih nalog slovenske skupine je bil njen vodja prof. dr. Danilo Zavrtanik tudi dolgoletni predsednik njenega najvišjega organa, sveta kolaboracije. Ostali člani slovenske skupine v kolaboraciji Pierre Auger so prof. dr. Samo Stanič, doc. dr. Sergey Vorobyev, doc. dr. Lili Yang, dr. Ahmed Saleh, mlada raziskovalca Gašper Kukec Mezek in Marta Trini z Univerze v Novi Gorici ter prof. dr. Andrej Filipčič in prof. dr. Marko Zavrtanik z Instituta »Jožef Stefan« v Ljubljani. Raziskovalno delo slovenske skupine finančno podpira Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije.

Kozmični delci ekstremnih energij so protoni in atomska jedra različnih elementov, od helija do železa, ki skozi vesoljska prostranstva potujejo skoraj s svetlobno hitrostjo. So izredno redki, saj Zemljo zadene le okoli en tak delec na kvadratni kilometer na stoletje, tako da je za študij njihovih lastnosti in izvorov potreben ogromen detektor. Observatorij Pierre Auger določa lastnosti kozmičnih delcev ekstremnih energij z meritvami plazov nabitih delcev, nastalih ob trkih z atomskimi jedri atmosferskih plinov, v kar 45.000 kubičnih kilometrih zemeljske atmosfere nad njim. Detektorski sistem sestavljata mreža 1.660 talnih detektorjev, razporejenih preko površine 3.000 kvadratnih kilometrov ter 24 posebnih teleskopov za meritev šibke fluorescenčne svetlobe, ki jo plazovi povzročajo. Kombinacija teleskopov za meritev fluorescenčne svetlobe in detektorjev, ki zaznavajo delce iz plazu, ko zadanejo tla, je bila prvič uporabljena prav v observatoriju Pierre Auger in se je izkazala za izredno učinkovito pri meritvah, saj lahko vpadne smeri kozmičnih delcev ekstremnih energij določi z natančnostjo boljšo od ene kotne stopinje.

Analiza vpadnih smeri več kot 30.000 kozmičnih delcev iz dosedanjih meritev je pokazala okoli 6% presežek iz smeri relativno velikega dela neba, kjer je porazdelitev bližnjih galaksij visoka in ki je kar 120˚ stran od smeri središča naše galaksije. To kaže, da ti visoko-energijski delci nimajo izvora v naši galaksiji ampak izven nje. Zaenkrat meritve še ne morejo identificirati samih izvorov, saj se delci pri obravnavanih energijah občutno odklanjajo v magnetnem polju naše galaksije, kar pravo lokacijo izvora na nebu »premakne« glede na izmerjeno. V načrtu je nova, natančnejša študija pri še višjih energijah, z uporabo ene same izbrane vrste kozmičnih delcev – protonov, na katere ima magnetno polje kar najmanjši vpliv. Študijo bo omogočila nadgradnja observatorija Pierre Auger, ki bo končana v letu 2018. »Z nadgrajenim observatorijem se odpirajo nove možnosti vrhunskih raziskav in mednarodnih izkušenj tudi slovenskim študentom, ki se bodo odločili za študij fizike in astrofizike na Univerzi v Novi Gorici«, sporoča prof. dr. Danilo Zavrtanik.

Attachments

Further information

Andreja Leban
Stiki z javnostmi
T: 05 3315 397
E: andreja.leban@ung.si

Skupina slovenskih raziskovalcev, ki sodelujejo v mednarodni kolaboraciji observatorija Pierre Auger dne 14.9.2017. Od leve proti desni: prof. dr. Danilo Zavrtanik, doc. dr. Lili Yang, dr. Ahmed Saleh, Marta Trini, Gašper Kukec Mezek, doc. dr. Sergey Vorobyev, prof. dr. Andrej Filipčič, prof. dr. Marko Zavrtanik in prof. dr. Samo Stanič.
Detektorji Čerenkove svetlobe, ki so del sklopa 1.660 talnih detektorjev observatorija Pierre Auger so za ilustracijo velikosti observatorija prenešeni na zemljevid Slovenije kot rdeče in sive točke. Obris Slovenije je prosto dostopen v okviru Wikimedia Commons.