SN 2023ixf stebėjimai 2023 m. davė nuostabių rezultatų, susijusių su supernovų sukuriamais kosminiais spinduliais, o tai gali turėti įtakos suprasti kosminių spindulių kilmę ir pagreičio mechanizmus.

2023 m. netoliese esanti supernova suteikė astrofizikams puikią galimybę išbandyti idėjas, kaip tokio tipo sprogimai padidina daleles, vadinamas kosminiais spinduliais, iki beveik šviesos greičio. Tačiau stebėtina, kad NASA Fermi gama spindulių kosminis teleskopas neaptiko jokios didelės energijos gama spinduliuotės šviesos, kurią šios dalelės turėtų gaminti.

2023 m. gegužės 18 d. supernova išsiveržė netoliese esančioje Spygliuko galaktikoje (Mesjė 101), esančioje maždaug už 22 milijonų šviesmečių Didžiosios Ursa žvaigždyne. Šis įvykis, vadinamas SN 2023ixf, yra ryškiausia netoliese esanti supernova, aptikta nuo Fermi paleidimo 2008 m.

Netikėti Fermi teleskopo rezultatai

„Astrofizikai anksčiau apskaičiavo, kad supernovos apie 10 % visos energijos paverčia pagreitėjusiais kosminiais spinduliais“, – sakė Triesto universiteto (Italija) mokslininkas Guillemas Martí Devesa. „Tačiau mes niekada šio proceso tiesiogiai nestebėjome. Remiantis naujais SN 2023ixf stebėjimais, mūsų skaičiavimai rodo, kad per kelias dienas po sprogimo energijos konversija yra tik 1%. Tai neatmeta galimybės, kad supernovos gali būti kosminių spindulių gamyklos, tačiau tai reiškia, kad turime daugiau sužinoti apie jo gamybą.

Šis straipsnis, kurį atliko Martti Devesa Insbruko universitete Austrijoje, pasirodys būsimame žurnalo leidime. Astronomija ir astrofizika.

Net kai gama spinduliai neaptinkami, NASAFermi gama spindulių kosminis teleskopas Fermi padeda astronomams sužinoti daugiau apie visatą. Šaltinis: NASA Goddardo kosminių skrydžių centras

Kosminiai spinduliai ir jų kilmė

Trilijonai trilijonai kosminių spindulių kasdien susiduria su Žemės atmosfera. Maždaug 90% jų yra vandenilio branduoliai arba protonai, o likusieji yra elektronai arba sunkesnių elementų branduoliai.

Mokslininkai kosminių spindulių kilmę tiria nuo XX a. pradžios, tačiau dalelių negalima atsekti iki jų šaltinių. Kadangi jie yra elektriškai įkrauti, kosminiai spinduliai keičia savo kelią keliaujant į Žemę dėl magnetinių laukų, su kuriais susiduria.

„Gama spinduliai keliauja tiesiai į mus“, – sakė NASA Goddardo kosminių skrydžių centro Greenbelt mieste, Merilando valstijoje, Fermi projekto mokslininkė Elizabeth Hayes. „Kosminiai spinduliai sukuria gama spindulius, kai jie sąveikauja su savo aplinkoje esančia medžiaga, taigi, kai jis neaptinka laukiamo signalo, mokslininkai turi paaiškinti, kad nėra tikslesnis kosminių spindulių kilmės vaizdas .

2023 m. birželio mėn. Fredo Lawrence'o Whipple'o observatorijos 48 colių teleskopas užfiksavo šį matomoje šviesoje esantį Vėgiklio galaktikos (Messier 101) vaizdą. Supernovos 2023ixf vieta yra apjuosta. Observatoriją, esančią ant Hopkinso kalno Arizonoje, valdo Harvardo-Smithsonian astrofizikos centras. Kreditas: Hiramatsu ir kt. 2023 m. / Sebastianas Gomezas (STScI)

Supernovos kaip kosminių spindulių greitintuvai

Astrofizikai jau seniai įtarė, kad supernovos yra didžiausias kosminių spindulių šaltinis.

Šie sprogimai įvyksta, kai žvaigždei, kurios masė yra bent aštuonis kartus didesnė už Saulės masę, baigiasi kuras. Šerdis žlunga ir atšoka, stumdamas smūgio bangą į išorę per žvaigždę. Smūgio banga pagreitina daleles, sukurdama kosminius spindulius. Kai kosminiai spinduliai susiduria su kita žvaigždę supančia medžiaga ir šviesa, jie generuoja gama spindulius.

Supernovos labai veikia tarpžvaigždinę aplinką galaktikoje. Sprogimo bangos ir besiplečiantis nuolaužų debesis gali trukti daugiau nei 50 000 metų. 2013 metais Fermi matavimai parodė, kad mūsų planetoje yra supernovų liekanų paukščių takas Galaktikos pagreitino kosminius spindulius, kurie, susidūrę su tarpžvaigždine medžiaga, sukuria gama spindulių šviesą. Tačiau astronomai teigia, kad liekanos nesukuria pakankamai didelės energijos dalelių, kad atitiktų mokslininkų matavimus Žemėje.

Viena teorija rodo, kad supernovos gali pagreitinti energingiausius kosminius spindulius mūsų galaktikoje per pirmąsias kelias dienas ir savaites po pirminio sprogimo.

Tačiau supernovos yra retos ir pasitaiko tik kelis kartus per šimtmetį tokioje galaktikoje kaip Paukščių Takas. Maždaug 32 milijonų šviesmečių atstumu supernovos atsiranda vidutiniškai tik kartą per metus.

Po mėnesio stebėjimų, pradedant nuo to, kai matomos šviesos teleskopai pirmą kartą pastebėjo SN 2023ixf, Fermi negalėjo aptikti gama spindulių.

Iššūkiai ir ateities tyrimai

„Deja, gama spindulių nematymas nereiškia, kad nėra kosminių spindulių“, – sakė vienas iš autorių Mathieu Renaud, Monpeljė Visatos ir dalelių laboratorijos, priklausančios Nacionaliniam mokslinių tyrimų centrui Prancūzijoje, astrofizikas. „Turime peržiūrėti visas pagrindines hipotezes dėl pagreičio mechanizmų ir aplinkos sąlygų, kad gama spindulių nebuvimą paverstume viršutine kosminių spindulių gamybos riba.

Tyrėjai siūlo keletą scenarijų, kurie galėjo turėti įtakos Fermi gebėjimui matyti įvykio gama spindulius, pavyzdžiui, kaip sprogimas paskirstė šiukšles ir žvaigždę supančios medžiagos tankį.

Fermi stebėjimai suteikia pirmąją galimybę ištirti sąlygas iškart po supernovos sprogimo. Papildomi SN 2023ixf stebėjimai kitais bangos ilgiais, nauji modeliai ir modeliai, pagrįsti šiuo įvykiu, ir būsimi kitų jaunų supernovų tyrimai padės astronomams pasiekti paslaptingus kosminių spindulių šaltinius visatoje.

„Fermi“ yra astrofizikos ir dalelių fizikos partnerystė, valdoma Goddardo. „Fermi“ buvo sukurta bendradarbiaujant su JAV Energetikos departamentu ir svarbiu indėliu iš Prancūzijos, Vokietijos, Italijos, Japonijos, Švedijos ir JAV akademinių institucijų ir partnerių.