Wykryto najbardziej energetyczne cząstki, jakie kiedykolwiek zaobserwowano
Po ponad dekadzie badań naukowcy z obserwatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) w Namibii dokonali przełomowego odkrycia. Udało się im wykryć najbardziej energetyczne elektrony i pozytony, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Odkrycie otwiera nowe możliwości zrozumienia tajemniczych procesów fizycznych zachodzących we Wszechświecie.
Promieniowanie kosmiczne, odkryte ponad sto lat temu przez austriackiego fizyka Victora Hessa, to wysokoenergetyczne cząstki pochodzące z przestrzeni kosmicznej. W 1912 roku Hess podczas lotów balonowych na wysokości ponad 5000 metrów odkrył, że poziom promieniowania jonizującego wzrasta wraz z wysokością. To było dowodem na istnienie cząstek przybywających do Ziemi spoza naszej atmosfery. Obecnie wiemy, że promieniowanie kosmiczne składa się głównie z protonów, elektronów i jąder atomowych. Cząstki te poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła i są efektem ekstremalnych procesów zachodzących w kosmosie. Niektóre z nich pochodzą z wybuchów supernowych, pulsarów czy czarnych dziur, a inne z bardziej egzotycznych źródeł, jak rozpadów cząstek ciemnej materii.
Obserwatorium H.E.S.S., zlokalizowane na suchych równinach Namibii, to jedno z najpotężniejszych narzędzi do badania wysokoenergetycznego promieniowania gamma. System stereoskopowy tworzy zestaw czterech teleskopów średniej wielkości (każdy z nich ma 12 metrów średnicy, a teleskopy są skonfigurowane w kwadrat o boku 120 metrów) oraz centralny teleskop dużych rozmiarów (o średnicy 28 metrów). H.E.S.S. do detekcji promieniowania gamma wykorzystuje efekt Czerenkowa. Kiedy wysokoenergetyczne promienie gamma uderzają w ziemską atmosferę, wywołują kaskady cząstek. Powstałe przy tym błyski światła Czerenkowa są rejestrowane przez kamery teleskopów. H.E.S.S. jest używany do badania różnych zjawisk, takich jak: pozostałości po supernowych, pulsary i mgławice pulsarowe, aktywne jądra galaktyk czy zjawiska związane z ciemną materią.
To właśnie dzięki zaawansowanej technologii H.E.S.S. udało się wykryć najbardziej energetyczne elektrony i pozytony, o energiach sięgających aż 40 teraelektronowoltów (TeV). To wartość trudna do wyobrażenia – 12–24 bilionów razy większa niż energia światła widzialnego!
Odkrycie rodzi wiele pytań. Elektrony są cząstkami lekkimi i stosunkowo łatwo tracą energię w trakcie swojej podróży przez kosmos. To oznacza, że wykryte cząstki muszą pochodzić z relatywnie bliskich źródeł – maksymalnie kilkuset lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy podejrzewają, że ich źródłem mogą być pulsary, czyli wirujące gwiazdy neutronowe, pozostałości po wybuchach supernowych, a nawet bardziej tajemnicze procesy, takie jak anihilacja ciemnej materii. Każda z tych hipotez wymaga jednak dalszych badań, które pozwolą zidentyfikować konkretne źródła.
Obserwacja wysokoenergetycznych elektronów pozwala nam zbliżyć się do odpowiedzi na fundamentalne pytania dotyczące procesów rządzących Wszechświatem. Kolejne generacje instrumentów, takie jak obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array), będą jeszcze bardziej precyzyjne i wrażliwe, umożliwiając dalsze zgłębianie tajemnic kosmicznych cząstek. Ponadto badania promieniowania kosmicznego mogą dostarczyć cennych informacji o procesach jądrowych, magnetyzmie międzygwiazdowym czy ewolucji galaktyk.
Opracowano na podstawie:
High-Statistics Measurement of the Cosmic-Ray Electron Spectrum with H.E.S.S.
Measuring the Spectrum of High-Energy Cosmic-Ray Electrons
Scientists find highest energy cosmic ray electrons ever seen
