[Cytadela] Żelazne promieniowanie

[Adam_Jesion(BOT)]

Astronauci bywający czasem w przestrzeni kosmicznej, czy to kilkadziesiąt już lat temu podczas legendarnego programu Apollo, czy też współcześnie, wybierając się na kosmiczne spacery z pokładu odchodzących powoli w niebyt wahadłowców, wspominają jednym głosem o pewnym niezwykłym zjawisku, niespotykanym na Ziemi, z którym mieli styczność – w przestrzeni kosmicznej, nawet zamykając mocno, bardzo mocno oczy, nie ujrzymy przed sobą egipskich ciemności: w pozornym mroku pojawiają się co jakiś czas chaotyczne błyski świetlne, przypominające wyładowania elektryczne.

 

Obecność takich błysków to prosta konsekwencja opuszczenia atmosfery ziemskiej, która dla nas, ludków pozostających uwięzionych na powierzchni planety, stanowi szczęśliwym zbiegiem okoliczności gigantyczną barierę, zatrzymującą winowajcę – promieniowanie kosmiczne. Wysokoenergetyczne cząstki elementarne, docierające do naszej planety, w przypadku wspomnianych astronautów takowej bariery przed sobą nie mają – uderzają bez przeszkód w receptory tkwiące w oczach astronautów, nie powodując co prawda szkód (choć przez dłuższy czas promieniowanie to staje się jak najbardziej niebezpieczne, jest to zresztą jeden z głównych problemów związanych z misją na Marsa, planowaną przez Amerykanów), jednak wywołując ciekawe wrażenia wizualne.

 

O samym istnieniu promieniowania kosmicznego wiemy już bezsprzecznie od stu lat, mimo to ciągle bardzo niewiele nam wiadomo o naturze tego zjawiska jak i źródle wysokoenergetycznych cząstek. Skład promieniowania poznaliśmy jako tako – wiemy, że głównie są to protony, cząstki alfa i elektrony, z nielicznymi cięższymi jądrami, jednak ciągle nie trwają gorące dyskusje nad tym, skąd to promieniowanie tak naprawdę do nas przybywa. Podejrzanych jest sporo – faworyzuje się ostatnio supermasywne czarne dziury w odległych galaktykach, które prawdopodobnie zdolne są do przyspieszania cząstek do tak gigantycznych energii: warto pamiętać o tym, że nawet reperowany obecnie Wielki Zderzacz Hadronów (LHC), który będzie akceleratorem, jak to się ładnie mówi, “state of the art” pod względem osiągów, wytwarzać będzie i tak protony o energiach miliony (!) razy mniejszych niż niż owe naturalne, bliżej nam nieznane, akceleratory.

 

W ramach kilku eksperymentów badawczych próbowano dotąd przybliżyć się choć o krok do odpowiedzi na nurtujące astronomów pytanie, czym w istocie owe akceleratory są.  Badanie bezpośrednie cząstek promieniowania kosmicznego z powierzchni Ziemi nie jest niestety możliwe – cząstki te napotykają wkraczając w atmosferę po prostu na zbyt wiele przeszkód (czytaj: atomy gazów atmosferycznych), by dotrzeć bez szwanku do detektorów na powierzchni. Z tego względu stosuje się inne rozwiązanie – rejestrowane i badane są tzw. pęki atmosferyczne, czyli kaskady najróżniejszych cząstek, powstających w trakcie zderzenia cząstki promieniowania pierwotnego (tak określa się wysokoenergetyczne cząstki docierające do atmosfery z Kosmosu) z cząstkami gazu w atmosferze (powstaje wówczas promieniowanie wtórne). Można tutaj mówić dosłownie o najprawdziwszym deszczu – jedna cząstka o ogromnej energii potrafi w wyniku zderzenia doprowadzić do wytworzenia setek kolejnych.

 

Wykorzystywane w celu badania promieniowania kosmicznego detektory, siłą rzeczy rozrzucone na sporym obszarze, służą do rejestracji tego “deszczu”. Analiza zarejestrowanych cząstek pozwala określić mniej więcej zarówno wysokość, na jakiej doszło do zderzenia, jak i energię oraz rodzaj cząstki promieniowania kosmicznego, będącej przyczyną całego tego zamieszania. Dzięki temu można też – choć dotąd pojawiające się informacje były dość kontrowersyjne – pokusić się o określenie miejsca na niebie, z którego cząstka przybyła, wiążąc je ze znajdującymi się w oddali obiektami takimi jak galaktyki.

 

Jednym z obserwatoriów promieniowania kosmicznego jest obserwatorium im. Pierre’a Augera, które – niestety – ciągle jeszcze nie osiągnęło pełnej funkcjonalności i znajduje się na etapie jego budowy. Ponieważ cząstki o naprawdę gigantycznej energii to zjawisko niezwykle rzadkie – jedna dociera do nas – uwaga-  raz na sto lat na km² (!) – konieczne jest pokrycie detektorami jak największej powierzchni. Obserwatorium docelowo składać się będzie z dwóch stanowisk badawczych (południowego i północnego) – jedno, zlokalizowane niedaleko miasteczka Malargüe na argentyńskiej Pampie, choć nie do końca gotowe, działa już od kilku lat, natomiast przy drugim, w stanie Colorado w USA, rozpoczęły się prace budowlane. Same detektory to względnie niewielkie zbiorniki z wodą (docelowo po 1.600 sztuk na każdym ze stanowisk).  Placówka w Argentynie uzyskała już pewne efekty swej pracy i na sympozjum naukowym o ładnej nazwie “Window on the Universe”, które w ostatnich dniach odbyło się w pewnym zamku w miejscowości Blois we Francji, zaprezentowano wyniki badań z ostatnich dwóch lat.

 

Naukowcy zajmujący się zagadnieniem promieniowania kosmicznego twierdzili dotąd, że lwią część cząstek składających się na promieniowanie o największej energii stanowią protony. Nic w tym w sumie dziwnego – z jednej strony bowiem jądra cięższych pierwiastków są łatwiej przyspieszane ze względu na ich większy ładunek elektryczny, z drugiej jednak takie jądra są o wiele “wrażliwsze” i procesy, które nadawałyby im prędkości, mogą jednocześnie łatwo prowadzić do ich rozpadu. Podobnie zresztą sprawa ma się z podróżą promieniowania kosmicznego przez otchłanie Kosmosu – są to miliony a nawet miliardy lat świetlnych, w trakcie których cięższe jądra mają o wiele większe szanse na zderzenia i rozpad na pomniejsze elementy. Ogromnym zaskoczeniem są więc wyniki przedstawione przez naukowców pracujących w argentyńskim obserwatorium Augera, wedle których od pewnej energii – mianowicie 10 ¹⁸ eV (elektronowoltów) – protony tracą drastycznie szybko przewagę liczebną i podstawowym składnikiem promieniowania kosmicznego stają się… jądra żelaza.

 

Skonfundowani astronomowie przyjęli te rewelacje pewnie z bólem głowy – nie dość, że i tak niewiele wiemy o promieniowaniu kosmicznym, to obraz jeszcze bardziej zdaje się zaciemniać. Naukowcy przedstawiający wyniki badań zapewniają, że analizowali dane dwa lata, by upewnić się, że nie popełnili błędu. I choć błędu jako takiego nigdy nie można do końca wykluczyć, to póki nikt tego błędu nie znajdzie pytanie pozostaje aktualne – w jaki sposób do takiej przewagi dochodzi? Nikt nie ma pojęcia póki co, w jaki sposób jądra żelaza mogą przetrwać tak uciążliwą podróż. Problem powtarza się również w przypadku źródła promieniowania – supermasywne czarne dziury otoczone są w znaczącej mierze przez wodór i hel, jednak o żelazo tam z pewnością trudniej.

 

Musimy trochę poczekać na reakcję tęgich głów, które pokuszą się w końcu o interpretację tych rewelacji. W mojej skromnej opinii jest to dość ciekawy kierunek, w którym temat się rozwija – może byliśmy zbyt pewni siebie co do naszej rzekomej wiedzy o promieniowaniu kosmicznym? Kto wie.

 

Publikacja naukowców na Arxiv.org

 

 

Źródła:

 

Link 1

 

Link 2

 

Zdjęcie: Jeden z tysięcy zbiorników z wodą będących składnikami obserwatorium Augera

 

Źródło zdjęcia

 

Credit: Auger/CERN

Wyświetl pełny artykuł