ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების წყარო ოჟეს ობსერვატორიის დეტექტორთა განლაგებისა და ”კოსმოსური წვიმის” ილუსტრაცია.

ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების წყარო

 პიერ ოჟეს სახელობის კოსმოსური სხივების ობსერვატორიის კოლაბორაციის განცხადებით, მათ ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების(მილიონობითჯერ მეტი ენერგიით, ვიდრე დიდ ადრონულ კოლაიდრში შეიძლება მივიღოთ) წყაროს ჩვენი გალაქტიკის გარეთ მდებარეობის ექსპერიმენტული მინიშნება მიიღეს. ამ სხივების წარმოშობის საკითხი, მათი აღმოჩენის დღიდანვე(წინა საუკუნის სამოციანი წლებიდან) გამოცანად იყო ქცეული. ახლა გაირკვა, რომ 1019ევ(რა არის ელექტრონვოლტი?) და მეტი ენერგიის მქონე სხივების 6%, ცის ერთი ნახევრიდან უფრო ხშირად დაიმზირება, ვიდრე მეორედან. ნაკადის მაქსიმუმი ირმის ნახტომის ცენტრიდან 120°-ზე მდებარეობს. სიგნალის დამზერის სტატისტიკური მნიშვნელობა 5,4σ-ს(5 სიგმა აღმოჩენად ითვლება) უტოლდება და დედამიწის ატმოსფეროში მოხვედრილი 30 000 კოსმოსური სხივის რეგისტრირებას ეფუძნება, რაც სხვა ექსპერიმენტებით დამზერილზე რვაჯერ მეტია.

 კოსმოსურ სხივებს თითქმის საუკუნეა სწავლობენ. პირველად სწორედ მათში იქნა აღმოჩენილი პოზიტრონი(ელექტრონის ანტინაწილაკი), მიუონი, π და K-მეზონები, ჰიპერიონი და ა.შ.(მოკლედ ელემენტარული ნაწილაკების შესახებ) ამაჩქარებლების შექმნამდე( ამაჩქარებლების მოკლე ისტორია), კოსმოსური სხივები ენერგიული ელემენტარული ნაწილაკების ერთადერთი წყარო იყო. 1018ევ-ზე მეტი ენერგიის კოსმოსური სხივები(Ultra-high-energy cosmic ray), თანამედროვე ასტროფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე უფრო დამაინტრიგებელი გამოცანაა: ძალიან ძნელი წარმოსადგენია, რა ასტრონომიული პროცესები შეიძლება აჩქარებდეს ამ სხივებს.

 კოსმოსური სხივების კლასიფიცირება მათი ენერგიის მიხედვით ხდება. კოსმოსური სხივების მეტი ნაწილი მზიდან მოდის, ენერგიით 1010ევ, 10 000 ნაწილაკი ზედაპირის 1 კვადრატულ მეტრზე. ენერგიის ზრდასთან ერთად, კოსმოსური სხივების ნაკადები ექსპონენციალურად იკლებს. გალაქტიკის შიგნით მდებარე სხვადასხვა წყაროებიდან მოსული სხივების ენერგია დაახლოებით 1018ევ-მდეა. 1016ევ. ენერგიით – წელიწადში ერთი ნაწილაკი, ერთ კვადრატულ მეტრზე. ყველაზე უფრო ენერგიული სხივები ჩვენთვის უცნობი გარე გალაქტიკური წყაროებიდან მოდის – 1018ევ-დან 1020ევ-მდე. მათი რაოდენობა გაცილებით მცირეა – 1 ნაწილაკი კვადრატულ კილომეტრზე საუკუნეში.

 რატომ ფიქრობენ მენციერები, რომ ულტრამაღალი ენერგიის ნაკადები გარეგალაქტიკური წარმოშობისაა?

 ამაში რომ გავერკვეთ, გავიხსენოთ, როგორ ხდება ნაწილაკების აჩქარება ადამიანის მიერ შექმნილ ამაჩქარებლებში. ყველაზე უფრო მარტივ ამაჩქარებელში(ვან დე გრააფის გენერატორი), ნაწილაკები აჩქარება ორ ელექტროდს შორის წარმოქმნილი ველით ხდება, რაც მეტია დაძაბულობა, მით უფრო მეტად ჩქარდებიან ნაწილაკები. ამასთან ერთად, თუ ველს დიდი მოცულობა უკავია, ნაწილაკები კიდევ უფრო მეტ ენერგიას იღებენ.

 აჩქარების ასტროფიზიკური მექანიზმიც იგივეა, თუმცა გაურკვეველია, რა წარმოქმნსი ასეთი სიძლიერისა და მოცულობის ელექტრომაგნიტურ ველს. ნეიტრონული ვარსკვლავები და კვაზარები გიგანტური მაგნიტური ველის წყაროებია, თუმცა ამ ობიექტებს შეზღუდული ზომები აქვს(ასტრონომიული მასშტაბებით). სხვა ობიექტები, მაგალითად, გალაქტიკათა გროვები, შედარებით ნაკლები ინტენსიურობის ველს წარმოქმნიან, თუმცა მილიონამდე სინათლის წლის ზომით. ერთიც და მეორეც, ულტრამაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების წყაროებად განიხილოება. ამავე დროს, ჩვენ გალაქტიკაში ასეთი ობიექტები ნამდვილად არ არის. გალაქტიკური გროვების შემთხვევაში ისეც ყველაფერი ნათელია. კომპაქტურ ობიექტებს რაც შეეხება, რომელიმე მათგანი რომ გალაქტიკის შიგნით იყოს, სხივების მოსვლის მიმართულებიდან დიდი არაერთგვაროვნება დაფიქისრდებოდა, რაც არ დაიმზირება(ირმის ნახტომში ნეიტრონულ ვარსკვლავებზე მეტი რა არის, ოღონდ არა ზემაღალი ენერგიის კოსმოსური სხივების წყარო).

 ულტრამაღალი კოსმოსური სხივების წყარო რომ სადმე ახლოს იყოს, თუნდაც ახლო გალაქტიკებში, ჩვენ და სიცოცხლის სხვა ფორმები ალბათ არც იარსებებდა. და სად არის ეს წყაროები? რა ძალა აჩქარებს ნაწილაკებს ასეთ წარმოუდგენელ ენერგიებამდე? პირველ რიგში უნდა გაირკვეს, საიდან მოფრინავენ ეს ნაწილაკები, რაც არც ისე ადვილია. ნაწილაკების რაოდენობა მცირეა, ხოლო აღმოჩენის გასაკეთებლად საკმაო რაოდენობის სტატისტიკის დაგროვებაა საჭირო, რაც დედამიწის ზედაპირის მნიშვნელოვანი ნაწილიდან დამზერას მოითხოვს.

 ოჟეს სახელობის ობსერვატორია(Pierre Auger Observatory), არგენტინაში, ქალაქ მალარგუესთან ახლოს მდებარეობს. მის მიერ დაკავებული ფართობი 3000 კვადრატულ კილომეტრს უტოლდება. იგი კოსმოსური სხივებისა და მათ მიერ გაჩენილი მეორადი ნაწილაკების კასკადთა ნაკადების(წვიმების) შესასწავლად შეიქმნა.

 1014ევ. ეენრგიის სხივების მიერ გაჩენილი წვიმა დედამიწის ზედაპირამდე აღწევს. 1018ევ. ენერგიის მქონე ნაწილაკის მიერ გაჩენილ ნაკადში მილიარდობით ელემენტარული ნაწილაკია, ხოლო დედამიწის ზედაპირამდე მოსული ასეთი წვიმა 20 კვადრატული კილომეტრის ზომის ფართობს ფარავს. ეს წვიმა ატმოსფეროში თითქმის სინათლის სხივი სიჩქარით ვრცელდება და დედამიწის ზედაპირთან მოახლოებასთან ერათდ ფართოვდება. დეტექტორებზე მათი რეგისტრაციის დაყოვნების მიხედვით, პირველადი ნაწილაკის მოსვლის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს.

ობსერვატორიაში ორი ტიპის დეტექტორია გამოყენებული: ფლიუროსცენტული – რომელიც ობსერვატორიის თავზე ნაკადის გავლით აღგზნებული ატმოსფერული აზოტის ნათებას აფიქსირებს; ზედაპირული – 1600 დეტექტორი სამკუთხედის ფორმის ბადეებად არის განაწილებული 1,5 კილომეტრიანი დაშორებებით. ისინი წვიმის  ნაწილის სიგნალს აფიქსირებენ. ხსენებული დაყოვნების მიხედვით, კოსმოსური სხივებისა და წვიმის მოსვლის მიმართულება დგინდება – 1°-იანი ზისუტით(სავსე მთვარის კუთხურ ზომაზე ორჯერ მეტი). ასეთი სიზუსტე არადამაკმაყოფილებლად შეიძლება მოგვეჩვენოს, თუმცა ამისთვის სრულიად საკმარისია. გალაქტიკათ შორის სივრცესა და ჩვენ გალაქტიკაში მოძრავ კოსმოსურ სხივებს შემხვედრი მაგნიტური ველი უცვლის ტრაექტორიას, რომლის მაჩვენებელი ნაწილაკის მუხტის პროპორციულია. კოსმოსური სხივების ნაწილაკთა(პროტონები და მსუბუქი ბირთვები) მუხტი საშუალოდ 1,7-5-ს შეადგენს, პროტონის მუხტის ერთეულში. ნაწილაკის შემოფრენის ვექტორის ორიენტაციის მიხედვით, ირმის ნახტომის მაგნიტური ველის მიმართ, ნაწილაკის გადახრის კუთხე ათეულობით გრადუსს შეიძლება გაუტოლდეს. გალაქტიკის მაგნიტური ველის ცოდნით, ნაწილაკის მოსვლის სწორი მიმართულების(გარდატეხამდელი) დადგენაა შესაძლებელი. ირმის ნახტომის მაგნიტური ველის არსებული მოდელი ზუსტი ანალიზის ჩასატარებლად გამოუსადეგარია(ჩვენი გალაქტიკის მაგნიტური ველი ”პლანკისგან”). აქ მთავარია კოსმოსური სხივების მოსვლის მიმართულებებში რაიმე არაერთგვაროვნება მაინც მოიძებნოს, რისთვისაც მაღალი სიზუსტე საჭირო არაა.

 ხსენებული კოლაბორაციის ნაშრომში ოჟეს სახელობის ობსერვატორიიდან მიღებული მონაცემები იქნა გამოყენებული, რომლის თითიეული დეტექტორი მაღი სისუფთავის წყლით შევსებულ ავზს წარმოადგენს. ავზებში ფოტოგამამრავლებლებია მოთავსებული, რომლებიც ე.წ. ჩერენკოვის ნათებას აფიქსირებს. ელექტროენერგიით მათ მზის ბატარეა ამარაგებს, ღამით კი აკუმულატორი. რეგისტრირებული სიგნალი რადიოკავშირით გადაიცემა. ხოლო დეტექტორებს შორის სინქრონიზაცია GPS-ით ხორციელდება.

 ფოტოზე კოსმოსური სხივების მოსვლის მიმართულება გალაქტიკურ კოორდინატებშია ნაჩვენები. წითელი ფონის ცენტრი ულტრამაღალი ენერგიის ნაწილაკების მოსვლის მიმართულებას გვიჩვენებს. სხივების მოსვლის ნაკადი წითელ ფონზე 6,5%-ით უფრო მეტია, ვიდრე ცისფერზე.

 ჯვრით ნაჩვენებია მიმართულება წითელი ფონის ცენტრისკენ, ხოლო ორი კონტური ჯვრის გარშემო მონაცემთა სანდოობის 68 და 95 პროცენტიან ინტერვალთა მაჩვენებელია. პატარა რომბი კი გალაქტიკათა განაწილების მაქსიმუმს წარმოგვიდგენს 2MRS კატალოგის მიხედვით, ხოლო ისრები – ამ მიმართულებიდან მოფრენილი ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკთა გადახრას.

 ოჟეს ობსერვატორიის ოფიციალური მომხსენებლი, პროფესორ კარლ-ჰაინს კამპერთი ამბობს:”ჩვენ კიდევ უფრო ახლოს მივედით ასტროფიზიკის ძალიან საინტერესო საკითხის გადაწყვეტასთან. ჩვენ მიერ ჩატარებული დაკვირვებები ერთმნიშვნელოვნად ამტკიცებს, რომ ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკთა აჩქარების ადგილები ირმის ნახტომის გარეთაა”.

 შემდეგი ნაბიჯი, კოსმოსური სხივების მოსვლის მიმართულების შედარება იქნება სამყაროს სხვადასხვა ობიექტთა კატალოგებთან. თუ ზოგიერთ მათგანთან დაკავშირებული კორელაცია გამოვლინდა, ისიც გაირკვევა, რა მიმართუიელბით უნდა გაგრძელდეს კვლევა. იმედია, მალე დადგება ის დღე, როცა ზემაღალი ენერგიის ნაწილაკთა ამაჩქარებელ მონსტრსაც მივაგნებთ(science.sciencemag.org).

Show Comments Hide Comments

კომენტარის დატოვება

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *