Letupan sinar gamma dari bintang yang jauh, seperti yang ditunjukkan dalam ilustrasi artis ini, adalah salah satu sumber yang mungkin dari "zarah OMG" yang sangat kuat yang kadang-kadang memukul pengesan saintis di Bumi.
(Imej: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter adalah ahli astrofizik di The Ohio State University dan ketua saintis di pusat sains COSI. Sutter juga menjadi tuan rumah "Ask a Spaceman" dan "Space Radio," dan mengetuai AstroTours di seluruh dunia. Sutter menyumbangkan artikel ini kepada Pakar Suara Space.com: Op-Ed & Wawasan.
Sekarang, semasa anda membaca teks ini, DNA anda semakin terpotong oleh peluru kecil dan tidak kelihatan. Penjual kerosakan dikenali sebagai sinar kosmik, walaupun sebenarnya bukan sinar - tetapi namanya tersekat dari salah faham sejarah. Sebaliknya, mereka adalah zarah: elektron dan proton, kebanyakannya, tetapi kadang-kadang benda yang lebih berat seperti helium atau bahkan inti besi.
Zarah-zarah kosmik ini bermasalah, kerana a) cepat, dan mempunyai banyak tenaga kinetik untuk membuang dan b) mereka dicas elektrik. Ini bermakna mereka dapat mengionisasi nukleotida DNA kita yang lemah, merobeknya dan kadang-kadang menyebabkan kesilapan replikasi yang tidak terkawal (aka, barah). ['Superstar' Eta Carinae Bertindak Seperti Senjata Sinar-Kosmik Ginormous, Tetapi Mengapa?]
Seolah-olah ini tidak cukup buruk, sekali-sekala, kira-kira sekali per kilometer persegi setiap tahun, zarah menjerit ke atmosfer atas kita dengan kelajuan yang sangat mengerikan, mengetuk molekul nitrogen atau oksigen tanpa henti dan menerobos mandi zarah sekunder bertenaga rendah (tetapi masih mematikan, tentu saja).
Hanya ada satu tindak balas yang sesuai ketika berhadapan dengan sebilangan besar potensi yang tidak masuk akal: "OMG."
Bola laju
"OMG" adalah nama panggilan yang diberikan kepada contoh pertama dari apa yang sekarang dikenali sebagai sinar kosmik tenaga ultra tinggi, yang dikesan pada tahun 1991 oleh pengesan sinar kosmik Eye of Fly University of Utah. Proton tunggal itu menghantam atmosfer kita sekitar 99.9999999999999999999999951 peratus kelajuan cahaya. Dan tidak, semua ini bukan hanya untuk kesan dramatik untuk menjadikan jumlahnya kelihatan mengagumkan - ia benar-benar pantas. Zarah ini mempunyai jumlah tenaga kinetik yang sama dengan besbol yang dilemparkan dengan baik ... dimampatkan menjadi objek seukuran proton.
Ini bermaksud zarah ini mempunyai lebih daripada 10 juta kali lebih banyak tenaga daripada yang dihasilkan oleh collider zarah paling kuat kita, LHC. Oleh kerana pelebaran waktu relativistik, pada kelajuan itu, zarah OMG dapat bergerak ke bintang jiran terdekat kita, Proxima Centauri, dalam 0.43 milisaat masa zarah itu sendiri. Ini dapat terus ke inti galaksi kita pada saat anda selesai membaca ayat ini (dari perspektif sendiri).
OMG, memang.
Sejak pengesanan zarah itu, kami terus menyaksikan langit untuk kejadian ekstrem ini menggunakan teleskop dan alat pengesan khusus di seluruh dunia. Semua diberitahu, kami telah merakam sekitar seratus partikel kelas OMG dalam beberapa dekad yang lalu.
Beberapa contoh itu menjelaskan dan memperdalam misteri asal usulnya. Lebih banyak data selalu baik, tetapi apa yang ada di alam semesta kita cukup kuat untuk memberikan proton pada retakan yang cukup baik sehingga hampir - hampir - mencabar cahaya itu sendiri untuk berlumba?
Bola Knuckle
Untuk mempercepat zarah yang dikenakan ke halaju gila, anda memerlukan dua bahan utama: banyak tenaga dan medan magnet. Medan magnet melakukan kerja memindahkan ke zarah apa sahaja tenaga yang ada dalam acara anda (katakan, tenaga kinetik yang meletup dari letupan supernova atau tarikan graviti yang berpusing ketika jirim jatuh ke lubang hitam). Fizik terperinci, secara semula jadi, sangat rumit dan tidak difahami dengan baik. Tempat kelahiran sinar kosmik sangat rumit dan terletak di kawasan ekstrem di alam semesta kita, jadi gambaran fizikal yang lengkap akan sukar didapat.
Tetapi kita masih boleh membuat beberapa tekaan yang tepat mengenai contoh-contoh ekstrem seperti zarah OMG dari rakan kita. Tekaan pertama kita mungkin adalah supernova, kematian bintang besar. Medan magnet? Periksa. Banyak tenaga? Periksa. Tetapi tidak cukup tenaga untuk melakukan muslihat. Peledakan bintang pelbagai taman anda tidak mempunyai cukup oomph mentah untuk mengeluarkan partikel pada kelajuan yang sedang kita pertimbangkan.
Apa yang akan datang? Inti galaksi aktif adalah pesaing yang kuat. Inti-inti ini diciptakan sebagai benda berpusing ke arah kehancurannya di sekitar lubang hitam supermasif yang terletak di tengah galaksi; bahawa bahan memampatkan dan memanas, membentuk cakera penambahan pada saat-saat terakhirnya. Inferno berpusing itu menghasilkan medan magnet yang kuat dari tindakan dynamo, membentuk campuran kuat bahan yang diperlukan untuk menambahkan tenaga kuda yang serius pada zarah yang dikeluarkan.
Kecuali (dan anda tahu akan ada "kecuali"), inti galaksi aktif terlalu jauh untuk menghasilkan sinar kosmik yang sampai ke Bumi. Pada kelajuan sinar kosmik tenaga ultra tinggi yang menggelikan, melayari kosmos lebih seperti cuba membajak ribut salji. Itu kerana pada kelajuan itu latar belakang gelombang mikro kosmik - banjir foton bertenaga rendah yang tersisa dari alam semesta awal - kelihatan sangat biru ke arah tenaga yang lebih tinggi. Oleh itu, cahaya berintensiti tinggi itu memukul dan memancarkan sinar kosmik yang bergerak, melambatkan dan akhirnya menghentikannya.
Oleh itu, kita tidak boleh mengharapkan sinar kosmik paling kuat untuk bergerak lebih jauh daripada seratus juta tahun cahaya atau lebih - dan kebanyakan nukleus galaksi aktif jauh, jauh dari kita daripada itu.
Bola Lengkung
Untuk sekian lama, suspek utama generasi OMG adalah Centaurus A, nukleus galaksi aktif yang terletak berdekatan antara 10 juta hingga 16 juta tahun cahaya. Kuat, magnet dan dekat - kombo yang sempurna. Tetapi sementara beberapa tinjauan mengisyaratkan bahawa sinar kosmik mungkin berasal dari arah umum, tidak pernah ada korelasi yang cukup jelas untuk memindahkan galaksi itu dari suspek untuk disabitkan. [Pandangan mendalam pada Centaurus Galaxy Aneh]
Sebahagian daripada masalahnya adalah bahawa medan magnet Bima Sakti sendiri secara halus mengubah lintasan sinar kosmik yang masuk, menyamarkan arah asalnya. Oleh itu, untuk membina semula sumber sinar kosmik, anda juga memerlukan model untuk kekuatan dan arah medan magnet galaksi kita - sesuatu yang sebenarnya tidak kita pegang sepenuhnya.
Sekiranya penjana OMG bukan Centaurus A dengan sendirinya, maka mungkin ia adalah galaksi Seyfert, subkelas galaksi tertentu yang lebih dekat, umumnya lemah (tetapi masih sangat terang dan kuat) inti galaksi aktif. Tetapi sekali lagi, walaupun tidak ada seratus sampel untuk diambil, sukar untuk membuat penentuan statistik yang ketat.
Mungkin ia meletup sinar gamma, yang difikirkan berpunca dari akhir bencana yang pelik ke beberapa bintang yang paling melampau. Tetapi pemahaman kita mengenai fizik keadaan itu (bolehkah anda mempercayainya?) Agak tidak jelas.
Mungkin ia adalah sesuatu yang lebih eksotik, seperti kecacatan topologi dari saat-saat awal Big Bang atau beberapa interaksi yang menyeronokkan dalam perkara gelap. Mungkin kita salah fizik dan pengiraan had jarak kita tidak tepat. Mungkin, mungkin, mungkin ...
Asal sebenarnya zarah "OMG" tenaga ultra tinggi ini sukar dijumpai, dan walaupun sudah hampir 30 tahun sejarah pengesanan, kami tidak mempunyai banyak jawapan tegas. Mana yang baik - ada baiknya tinggal beberapa misteri yang tersisa di alam semesta. Ahli astrofizik juga boleh menggunakan keselamatan pekerjaan.
Ketahui lebih lanjut dengan mendengar episod di podcast "Ask A Spaceman", tersedia di iTunes dan di web di http://www.askaspaceman.com. Terima kasih kepada hchrissscottt untuk soalan yang membawa kepada bahagian ini! Tanyakan soalan anda sendiri di Twitter menggunakan #AskASpaceman atau dengan mengikuti Paul @PaulMattSutter dan facebook.com/PaulMattSutter. Ikuti kami @Spacedotcom, Facebook dan Google+. Artikel asal di Space.com.
