รังสีแกมม่าระเบิดจากดาวฤกษ์ที่อยู่ไกลออกไปดังที่แสดงในภาพประกอบของศิลปินคนนี้เป็นแหล่งที่มาของ "อนุภาค OMG" ที่ทรงพลังอย่างยิ่งซึ่งบางครั้งก็กระทบเครื่องตรวจจับของนักวิทยาศาสตร์บนโลก
(ภาพ: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter เป็นนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่ The Ohio State University และหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ที่ศูนย์วิทยาศาสตร์ COSI ซัทเทอร์ยังเป็นเจ้าภาพของ "Ask a Spaceman" และ "Space Radio" และนำไปสู่ AstroTours ทั่วโลก ซัทเทอร์สนับสนุนบทความนี้เพื่อเสียงผู้เชี่ยวชาญของ Space.com: Op-Ed & Insights
ตอนนี้ในขณะที่คุณอ่านข้อความนี้ DNA ของคุณกำลังถูกหั่นเป็นชิ้นเล็ก ๆ ที่มองไม่เห็น ตัวแทนจำหน่ายที่เสียหายนั้นเรียกว่ารังสีคอสมิกแม้ว่าจะไม่ใช่รังสีก็ตาม แต่ชื่อนั้นติดอยู่กับความเข้าใจผิดทางประวัติศาสตร์ แต่เป็นอนุภาค: อิเล็กตรอนและโปรตอนส่วนใหญ่ แต่บางครั้งสิ่งที่หนักกว่าเช่นฮีเลียมหรือนิวเคลียสเหล็ก
อนุภาคจักรวาลเหล่านี้เป็นปัญหาเพราะก) มันเร็วและมีพลังงานจลน์มากมายที่จะโยนไปรอบ ๆ และข) พวกมันมีประจุไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าพวกเขาสามารถทำให้เกิดอิออนนิวคลีโอไทด์ DNA ที่ไม่ดีของเราแยกพวกมันออกจากกันและบางครั้งก็นำไปสู่ข้อผิดพลาดในการจำลองแบบที่ไม่สามารถควบคุมได้ (aka มะเร็ง) ['Superstar' Eta Carinae ทำตัวเหมือนปืนจักรวาล - เรย์ Ginormous แต่ทำไม?]
ราวกับว่ามันไม่ดีพอทุก ๆ ครั้งที่ประมาณหนึ่งครั้งต่อตารางกิโลเมตรต่อปีอนุภาคที่ส่งเสียงกรีดร้องขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศของเราด้วยความเร็วอันมหึมาอย่างแท้จริงกระแทกกับโมเลกุลไนโตรเจนหรือออกซิเจน พลังงานรอง (แต่ยังคงอันตรายถึงตาย) อนุภาคสำรอง
มีการตอบสนองที่เหมาะสมเพียงข้อเดียวเมื่อเผชิญกับอนุภาคที่มีศักยภาพที่น่ารังเกียจเช่น: "OMG"
Fastballs
"OMG" เป็นชื่อเล่นที่มอบให้กับตัวอย่างแรกของสิ่งที่เป็นที่รู้จักกันในขณะนี้ว่าเป็นรังสีคอสมิกพลังงานสูงเป็นพิเศษที่ตรวจพบในปี 1991 โดยเครื่องตรวจจับรังสีคอสมิก Fly's Eye ของมหาวิทยาลัยยูทาห์ โปรตอนเดี่ยวนั้นกระแทกกับชั้นบรรยากาศของเราประมาณ 99.99999999999999999999991 เปอร์เซ็นต์ความเร็วของแสง และไม่ทั้งหมดของเก้าเหล่านี้ไม่เพียง แต่ให้เอฟเฟกต์ที่น่าทึ่งเพื่อทำให้ตัวเลขดูน่าประทับใจ - มันเร็วมาก ๆ อนุภาคนี้มีพลังงานจลน์เท่ากันกับการโยนลูกเบสบอล ... บีบลงไปในวัตถุที่มีขนาดเท่ากับโปรตอน
นั่นหมายความว่าอนุภาคนี้มีพลังงานมากกว่า 10 ล้านเท่าของอนุภาคที่ทรงพลังที่สุดของเราคือ LHC สามารถผลิตได้ เนื่องจากการยืดเวลาเชิงสัมพัทธภาพด้วยความเร็วนั้นอนุภาค OMG สามารถเดินทางไปยังดาวฤกษ์เพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดของเราคือ Proxima Centauri ใน 0.43 มิลลิวินาทีของเวลาของอนุภาค มันสามารถดำเนินต่อไปที่แกนกลางกาแลคซีของเราตามเวลาที่คุณอ่านประโยคนี้เสร็จแล้ว (จากมุมมองของตัวเอง)
OMG แน่นอน
ตั้งแต่การตรวจจับอนุภาคนั้นเรายังคงเฝ้าดูท้องฟ้าสำหรับเหตุการณ์ที่รุนแรงเหล่านี้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์และเครื่องตรวจจับพิเศษทั่วโลก ทั้งหมดบอกว่าเราได้บันทึกอนุภาคของ OMG คลาสนับร้อยในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา
ตัวอย่างไม่กี่โหลเหล่านั้นอธิบายทั้งความลึกลับและความลึกลับของต้นกำเนิดให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น ข้อมูลเพิ่มเติมนั้นดีอยู่เสมอ แต่สิ่งที่ห่ามในจักรวาลของเรานั้นมีพลังมากพอที่จะให้โปรตอนแตกได้ดีพอที่จะทำได้ - เกือบ - ท้าประลองแสงกับการแข่งขัน?
Knuckleballs
ในการเร่งอนุภาคที่มีประจุให้เป็นความเร็วที่บ้าคุณต้องมีส่วนผสมสำคัญสองอย่างคือพลังงานและสนามแม่เหล็กจำนวนมาก สนามแม่เหล็กทำหน้าที่ถ่ายโอนไปยังอนุภาคใด ๆ ก็ตามที่มีพลังงานอยู่ในเหตุการณ์ของคุณ (เช่นพลังงานจลน์ที่ระเบิดได้จากการระเบิดของซูเปอร์โนวาหรือแรงดึงความโน้มถ่วงหมุนขณะที่สสารตกอยู่ในหลุมดำ) ฟิสิกส์ที่มีรายละเอียดนั้นมีความซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อและไม่เป็นที่เข้าใจ สถานที่เกิดของรังสีคอสมิกนั้นซับซ้อนอย่างน่ากลัวและตั้งอยู่ในบริเวณสุดขั้วของเอกภพดังนั้นภาพทางกายภาพที่สมบูรณ์แบบนั้นยากที่จะเกิดขึ้น
แต่เรายังคงสามารถคาดเดาการศึกษาได้ว่าตัวอย่างอันสุดขั้วเช่นอนุภาค OMG ของเพื่อนมาจากไหน การเดาครั้งแรกของเราอาจเป็นซุปเปอร์โนวาการเสียชีวิตของดาวยักษ์ สนามแม่เหล็ก? ตรวจสอบ พลังงานเยอะไหม? ตรวจสอบ แต่พลังงานไม่เพียงพอที่จะทำเคล็ดลับ การระเบิดของดาวฤกษ์ในสวนของคุณไม่เพียงพอที่จะปล่อยอนุภาคออกมาด้วยความเร็วที่เรากำลังพิจารณา
อะไรต่อไป? นิวเคลียสกาแลคซีที่ใช้งานอยู่เป็นคู่แข่งที่แข็งแกร่ง นิวเคลียสเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นเป็นสสารหมุนวนรอบหลุมดำมวลมหาศาลซึ่งตั้งอยู่ใจกลางกาแลคซี วัสดุนั้นจะถูกบีบอัดและทำให้ร้อนขึ้นทำให้เกิดดิสก์สะสมมวลสารในช่วงเวลาสุดท้าย นรกที่บิดเบี้ยวนั้นสร้างสนามแม่เหล็กที่รุนแรงจากการกระทำของไดนาโมทำให้เกิดส่วนผสมที่มีศักยภาพของส่วนผสมที่จำเป็นในการเพิ่มแรงม้าที่รุนแรงเพื่อเพิ่มอนุภาค
ยกเว้น (และคุณรู้ว่าจะมี "ยกเว้น") นิวเคลียสกาแล็กซี่ที่ใช้งานอยู่ไกลเกินไปที่จะสร้างรังสีคอสมิกที่มาถึงโลก ด้วยความเร็วที่น่าหัวเราะของรังสีคอสมิกพลังงานสูงพิเศษการล่องเรือผ่านเอกภพนั้นเหมือนกับการพยายามไถนาผ่านพายุหิมะ นั่นเป็นเพราะที่ความเร็วพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาล - น้ำท่วมของโฟตอนพลังงานต่ำที่เหลือจากเอกภพยุคแรก ๆ - ปรากฏขึ้นอย่างชัดเจนต่อพลังงานสูง ดังนั้นแสงความเข้มสูงจะตบและกระเซ็นไปที่รังสีคอสมิคซึ่งเคลื่อนที่ช้าลงและหยุดลงในที่สุด
ดังนั้นเราไม่ควรคาดหวังว่ารังสีคอสมิคที่ทรงพลังที่สุดจะเดินทางไปไกลกว่าหนึ่งร้อยล้านปีแสงหรือมากกว่านั้นและนิวเคลียสกาแล็กซี่ที่ใช้งานอยู่ส่วนใหญ่นั้นห่างจากเรามากกว่านั้นมาก
Curveballs
ในช่วงระยะเวลาหนึ่งผู้ต้องสงสัยคนสำคัญสำหรับรุ่น OMG คือ Centaurus A ซึ่งเป็นนิวเคลียสกาแลกติกซึ่งอยู่ใกล้เคียงซึ่งอยู่ระหว่าง 10 ล้านถึง 16 ล้านปีแสง พลังแม่เหล็กและระยะใกล้ - คอมโบที่สมบูรณ์แบบ แต่ในขณะที่การสำรวจบางส่วนได้บอกใบ้ว่ารังสีคอสมิกอาจมาจากทิศทางทั่วไปของมัน แต่ก็ไม่เคยมีความสัมพันธ์ที่ชัดเจนเพียงพอกับกาแล็กซี tmove นั้นจากการสงสัยว่าจะถูกตัดสินลงโทษ [มองลึกไปที่ Centaurus Galaxy แปลก ๆ ]
ส่วนหนึ่งของปัญหาคือสนามแม่เหล็กของทางช้างเผือกนั้นเปลี่ยนแปลงเส้นทางการเคลื่อนที่ของรังสีคอสมิคที่เข้ามาอย่างละเอียดโดยปลอมตัวในทิศทางเดิม ดังนั้นเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดของรังสีคอสมิกใหม่คุณต้องมีแบบจำลองสำหรับความแข็งแกร่งและทิศทางของสนามแม่เหล็กของกาแลคซีของเราด้วย - สิ่งที่เราไม่สามารถจัดการได้อย่างสมบูรณ์
หากเครื่องกำเนิด OMG ไม่ใช่ Centaurus A โดยตัวมันเองบางทีก็อาจเป็นกาแลคซีของเซเฟอร์ต์ซึ่งเป็น subclass กาแลคซีบางแห่งที่อยู่ใกล้กันโดยทั่วไปซึ่งอ่อนแอกว่า (แต่ยังคงสว่างและแข็งแรง) นิวเคลียสกาแล็กซี่ แต่อีกครั้งที่มีตัวอย่างไม่ถึงร้อยตัวอย่างจึงเป็นการยากที่จะกำหนดทางสถิติอย่างเข้มงวด
บางทีมันอาจมีการปะทุของแกมม่าเรย์คิดที่จะปลดปล่อยจากปลายสุดหายนะที่แปลกประหลาดไปสู่ดาวฤกษ์ที่รุนแรงที่สุดบางดวง แต่ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับฟิสิกส์ของสถานการณ์นั้นคือ (คุณเชื่อได้หรือไม่?)
บางทีมันอาจเป็นสิ่งที่แปลกใหม่มากขึ้นเช่นข้อบกพร่องทางโทโพโลยีจากช่วงเวลาแรกสุดของบิกแบงหรือปฏิกิริยาที่ขี้ขลาดในสสารมืด บางทีเราอาจผิดฟิสิกส์และการคำนวณระยะทางไม่แม่นยำ อาจจะบางทีอาจจะ ...
ต้นกำเนิดที่แท้จริงของอนุภาค "OMG" พลังงานสูงพิเศษเหล่านี้ยากต่อการตรึงและแม้จะมีประวัติการตรวจจับเกือบ 30 ปี แต่เราไม่มีคำตอบที่แน่นอน ซึ่งเป็นเรื่องดี - เป็นเรื่องดีที่จะมีปริศนาบางอย่างหลงเหลืออยู่ในจักรวาล นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็สามารถใช้ความปลอดภัยในงานได้เช่นกัน
เรียนรู้เพิ่มเติมโดยการฟังตอนในพอดคาสต์ "Ask A Spaceman" ซึ่งมีอยู่ใน iTunes และบนเว็บที่ http://www.askaspaceman.com ขอบคุณ hchrissscottt สำหรับคำถามที่นำไปสู่งานชิ้นนี้! ถามคำถามของคุณบน Twitter โดยใช้ #AskASpaceman หรือทำตาม Paul @PaulMattSutter และ facebook.com/PaulMattSutter ติดตามเรา @Spacedotcom, Facebook และ Google+ บทความต้นฉบับบน Space.com
