science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Wetenschappers werpen nieuw licht op de mysterieuze oorsprong van ultra-hoge-energetische kosmische straling-hotspot

Schematische tekening van een model voor het ontstaan ​​van TA hotspot-events. Krediet:Jihyun Kim et al., Wetenschap. Adv., 5(1), 2019

Onder de vele deeltjes die uit de ruimte komen, er zijn er met de extreem hoge energie die reizen met bijna de snelheid van het licht, wat overeenkomt met een honkbal die wordt gegooid met een snelheid van 100 meter per seconde. Er is een nieuwe hypothese voor de oorsprong van die ultrahoge-energetische deeltjes voorgesteld, waardoor bijzondere aandacht van over de hele wereld.

Een team van Koreaanse onderzoekers, onder leiding van professor Dongsu Ryu in de School of Natural Science van UNIST, heeft nieuw licht geworpen op de mysterieuze oorsprong van dergelijke ultrahoge-energetische kosmische straling (UHECR's) die astrofysici al tientallen jaren in verwarring brengen. Hun studie suggereert dat die deeltjes afkomstig zijn van de filamenten van sterrenstelsels die zijn verbonden met de Maagd Cluster, in de lucht rond de hotspot en hun locaties in de lucht zijn gecorreleerd aan hotspotgebeurtenissen met een hoge statistische significantie.

Kosmische stralen zijn subatomaire deeltjes die uit de ruimte komen, die een hoge energie hebben als gevolg van hun snelle beweging. Onder hen, ultrahoge-energetische kosmische straling (UHECR's) zijn stralen met energieën van meer dan 10 19 eV (ongeveer 8 joule), een drempel die bekend staat als de Greisen-Zatsepin-Kuzmin-limiet (GZK-limiet). Dus, één UHECR is tien miljoen keer energieker dan de hoogste energie die men produceert met op aarde gebaseerde deeltjesversnellers, dat is ongeveer 10 13 eV.

Hoewel bekend is dat UHECR's meestal van buiten het Melkwegstelsel komen, hun oorsprong is nog steeds onbekend. Om het mysterie van UHECR's op te lossen, er is een internationaal samenwerkingsproject opgezet:het Telescope Array (TA)-project, die is ontworpen om gegevens te verzamelen over UHECR-hotspots.

Maagd Cluster sterrenstelsels. Krediet:Rogelio Bernal Andreo

In dit onderzoek, Professor Ryu en zijn onderzoeksteam concentreerden zich op recente bevindingen van de TA - de detectie van een hoge concentratie UHECR-gebeurtenissen aan de noordelijke hemel, hotspot genoemd.

Het TA-experiment, gevestigd in Utah, Verenigde Staten, is het grootste experiment dat UHECR's op het noordelijk halfrond bestudeert en heeft ongeveer 72 UHECR's (5,7 × 10 20 eV) in de loop van 5 jaar (vanaf 11 mei, 2018 tot 4 mei 2013). Onder hen, 19 UHECR's arriveerden vanuit een nieuw ontdekte hotspot in het sterrenbeeld Ursa Major. Nog, nabij het sterrenbeeld Grote Beer, er lijken geen hemellichamen te zijn die UHECR's kunnen produceren. Astrofysici hebben daarom verschillende mogelijkheden besproken op zoek naar de oorsprong van UHECR's.

Om dit mysterie op te lossen, Professor Ryu en zijn onderzoeksteam analyseerden een database van nabije sterrenstelsels, vinden dat ze nauw verbonden waren met drie "sterrenstelselfilamenten, " die zijn verbonden met de Virgo Cluster rond de hotspot. "Via computersimulaties, we hebben aangetoond dat de UHECR's daadwerkelijk werden geproduceerd in de Virgo Cluster en langs de filamenten van de melkweg reizen voordat ze de atmosfeer van de aarde raken, " legde professor Ryu uit, de corresponderende auteur van de studie.

Radiostelsel Virgo A. Credit:National Radio Astronomy Observatory (NRAO)/geassocieerde universiteiten, Inc. (AUI)

De structuur van ons universum lijkt op een gigantisch spinnenweb, samengesteld uit clusters van sterrenstelsels die nauw met elkaar zijn verbonden door enorme structuren, bekend als filamenten. Deze filamenten behoren tot de grootste structuren in het heelal, met een diameter van honderden miljoenen lichtjaren en miljoenen sterrenstelsels. Op basis van hun bevindingen, het onderzoeksteam suggereerde een model voor de oorsprong van TA-hotspot UHECR's. Ze merkten op dat "[UHECR's rond de concentratie] worden geproduceerd bij bronnen in de Maagdcluster, en ontsnappen naar en zich voortplanten langs filamenten, voordat ze naar ons worden verstrooid."

"De bron of bronnen van UHECR's kunnen bekende astronomische objecten zijn, zoals het radiostelsel Virgo A of schokgolven in de Virgo Cluster, in plaats van onbekenden, zoals kosmologische defecten of donkere materiedeeltjes, " zegt professor Ryu. "Onze studie suggereert sterk dat dergelijke melkwegfilamenten of schokgolven de oorsprong kunnen zijn van de UHECR-gebeurtenissen."

Schematische tekening van de banen van UHE-protonen in de intergalactische ruimte van een gesimuleerd modeluniversum. Het cluster wordt weergegeven door de blauwe toon, terwijl filamenten worden weergegeven door de rode toon. De trajecten zijn uitgezet met witte stippen. Krediet:Jihyun Kim et al., Wetenschap. Adv., 5(1), 2019

"Het begrijpen van de oorsprong van UHECR's was een onbeantwoord grootste mysterie van de eenentwintigste eeuw, ", zegt professor Ryu. "Onze studie werpt nieuw licht op de mysterieuze oorsprong van UHECR's door de ruimtewaarnemingen van UHECR's".

Hij voegt toe, "Het nieuw voorgestelde model voor de oorsprong van TA-hotspot-evenementen kan wetenschappers mogelijk helpen om in de toekomst meer te weten te komen over de oorsprong van UHECR's."