Aktivna galaktična jedra

Novejši rezultati meritev kozmičnih žarkov (CR) ultra-visokih energij (UHE, ≥10 EeV) podpirajo konvencionalne scenarije njihove tvorbe v astrofizikalnih objektih. Izraziti izhodni curki aktivnih galaktičnih jeder (AGN) zagotavljajo ustrezne pogoje za pospeševanje nabitih osnovnih delcev do najvišjih energij in so zato eni izmed najperspektivnejših kandidatov za izvore izmerjenega fluksa UHECR na Zemeljskem površju. Nabiti CR žal ne nosijo neposredne informacije o smeri njihovih izvorov zaradi odklonov v kozmičnih magnetnih poljih. Med pospeševanjem UHECR se v hadronskih interakcijah tvorijo tudi fotoni in nevtrini, delci brez naboja, ki pa se ne odklanjajo in zato nosijo informacije o smeri izvora CR na nebu in fizikalnih pogojih na mestu njihove tvorbe.

V mednarodno vpetih raziskavah, ki jih izvajamo v sodelovanju z Univerzo v Innsbrucku (Avstrija) ter partnerji iz Italije (Astronomical Observatory of Brera/INAF, University of Siena) in Poljske (University of Lodz), razvili smo izvirno metodo za določanje prispevka aktivnih galaksij s curki k fluksu UHECR. Zastavljene raziskovalne cilje dosežemo z uporabo podatkov iz detektorjev za meritve različnih vrst delcev, vključno s fotoni različnih valovnih dolžin (t.i. multi-messenger in multi-wavelength pristopi). Podatki vključujejo: 1) meritve UHECR z Observatorijem Pierre Auger (PAO), 2) meritve visoko- (HE, ≥ 100 MeV) in zelo visoko-energijske (VHE, ≥ 30 GeV) emisije gama žarkov, ter 3) meritve VHE nevtrinov. Za študij emisije gama žarkov uporabljamo satelit Fermi-LAT (območje HE) in detektorje žarkov gama na zemeljskem površju (območje VHE), za študij VHE nevtrinov pa observatorij IceCube.

V tem postopku smo bližnja (<200 Mpc) AGN najprej razvrstili glede na njihovo sposobnost pospeševanja UHECR na podlagi večvalovnih meritev njihovega elektro-magnetnega spektra in rezultatov emisijskih modelov. S tem smo sestavili seznam AGN, ki so primerni kandidati za izvore UHECR. Na tem raziskovalnem koraku dokazali smo, da so nedavno odkrite Fanaroff-Riley radiogalaksije relativno majhne svetilnosti, vendar številne objekte t.i. vrste FR0 dobri kandidati za prispevanje k fluksu UHECR.

Ker podatki PAO kažejo na prisotnost težkih jeder v delčni sestavi fluksa kozmičnih žarkov pri ekstremnih energijah, Avstrijski sodelavci dopolnijo najsodobnejše modele emisije AGN, ki so jih že razvili, z vključitvijo težjih jeder v proces injekcije, transporta in sevalnih izgub. Na podlagi seznama AGN, primernih za izvore UHECR, Slovenski raziskovalci izvedemo Monte Carlo simulacije širjenja UHECR od izvorov do Zemlje za različne konfiguracije kozmičnih magnetnih polj. Rezultate simulacij – spektre, delčno sestavo in smeri prihoda kozmičnih delcev na Zemlji – primerjamo z rezultati meritev observatorijev Pierre Auger in Telescope Array in raziskujemo korelacije med njimi. Simulacije pa spremne emisije sekundarnih fotonov in nevtrinov primerjamo z podatki Fermi-LAT in IceCube. Nazadnje bomo napovedali značilne lastnosti, ki naj bi jih imeli UHECR, pospešeni v curkih AGN. Te napovedi bomo kasneje preverili z meritvami na bodočem observatoriju Cherenkov Telescope Array (CTA).