Forskere kaster nyt lys over mystiske oprindelse af ultra-højenergi kosmisk stråle hotspot

Blandt mange partikler, der kommer fra det ydre rum, der er dem med den ekstremt høje energi, der rejser med næsten lysets hastighed, hvilket svarer til en baseball kastet med en hastighed på 100 meter i sekundet. Ny hypotese for oprindelsen af ​​disse ultrahøjenergipartikler er blevet foreslået, og tiltrækker således særlig opmærksomhed fra hele verden.

Et hold af koreanske forskere, ledet af professor Dongsu Ryu på School of Natural Science ved UNIST, har kastet nyt lys over den mystiske oprindelse af sådanne ultrahøjenergi-kosmiske stråler (UHECR'er), der har undret astrofysikere i årtier. Deres undersøgelse tyder på, at disse partikler kommer fra filamenterne i galakser forbundet med Jomfruklyngen, på himlen omkring hotspottet og deres placeringer på himlen er korreleret til hotspothændelser med høj statistisk signifikans.

Kosmiske stråler er subatomære partikler, der kommer fra det ydre rum, som har høj energi som følge af deres hurtige bevægelse. Blandt dem, ultrahøjenergi kosmiske stråler (UHECR'er) er dem med energier på over 10 ¹⁹ eV (ca. 8 joule), en tærskel kendt som Greisen-Zatsepin-Kuzmin-grænsen (GZK-grænsen). Dermed, en UHECR er ti millioner gange mere energisk end den højeste energi, man producerer med jordbaserede partikelacceleratorer, hvilket er omkring 10 ¹³ eV.

Selvom UHECR'er er kendt for at komme fra uden for Mælkevejsgalaksen, deres oprindelse er stadig ukendt. For at løse mysteriet med UHECR'er, et internationalt samarbejdsprojekt blev oprettet - Telescope Array (TA) projektet, som var designet til at indsamle data om UHECR-hotspots.

I dette studie, Professor Ryu og hans forskerhold fokuserede på de seneste resultater fra TA - påvisningen af ​​en høj koncentration af UHECR-begivenheder på den nordlige himmel, omtalt som et hotspot.

TA-eksperimentet, beliggende i Utah, USA, er det største eksperiment, der studerer UHECR'er på den nordlige halvkugle og har detekteret omkring 72 UHECR'er (5,7×10) ²⁰ eV) i løbet af 5 år (fra 11. maj, 2018 til 4. maj, 2013). Blandt dem, 19 UHECR'er ankom fra et nyligt opdaget hotspot centreret om stjernebilledet Ursa Major. Endnu, nær stjernebilledet Ursa Major, der synes ikke at være nogen himmellegemer, der er i stand til at producere UHECR'er. Astrofysikere har derfor diskuteret forskellige muligheder i søgen efter oprindelsen af ​​UHECR'er.

For at prøve at løse dette mysterium, Professor Ryu og hans forskerhold analyserede en database over nærliggende galakser, fandt ud af, at de var tæt forbundet med tre "galaksefilamenter, " som er forbundet til Jomfruklyngen omkring hotspottet. "Gennem computersimuleringer, vi demonstrerede, at UHECR'erne faktisk blev produceret inde i Jomfruklyngen og rejser langs galaksefilamenterne, før de rammer Jordens atmosfære, " forklarede professor Ryu, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.

Strukturen af ​​vores univers ligner et gigantisk edderkoppespind, består af klynger af galakser, der er indviklet forbundet af enorme strukturer, kendt som filamenter. Disse filamenter er nogle af de største strukturer i universet, måler hundreder af millioner af lysår på tværs, mens den indeholder millioner af galakser. På baggrund af deres resultater, forskerholdet foreslog en model for oprindelsen af ​​TA hotspot UHECRs. De bemærkede, at "[UHECR'er omkring koncentrationen] produceres ved kilder i Jomfruklyngen, og flygte til og udbrede sig langs filamenter, før de bliver spredt mod os."

"Kilden eller kilderne til UHECR'er kunne være kendte astronomiske objekter, såsom radiogalaksen Jomfru A eller chokbølger i Jomfruklyngen, snarere end ukendte, såsom kosmologiske defekter eller mørkt stof partikler, " siger professor Ryu. "Vores undersøgelse tyder kraftigt på, at sådanne galaksefilamenter eller chokbølger kan være oprindelsen til UHECR-begivenhederne."

"At forstå oprindelsen af ​​UHECR'er har været et ubesvaret største mysterium i det enogtyvende århundrede, " siger professor Ryu. "Vores undersøgelse kaster nyt lys over UHECRs mystiske oprindelse gennem rumobservationer af UHECRs".

Han tilføjer, "Den nyligt foreslåede model for oprindelsen af ​​TA-hotspot-begivenheder kan potentielt hjælpe videnskabsmænd med at finde ud af oprindelsen af ​​UHECR'er i fremtiden."