Fant kilden til kosmisk stråling

De mest energirike partiklene i universet sendes ut fra områdene rundt supermassive sorte hull, mener forskere. De tror funnet og forskningen bak det innleder en helt ny æra i astronomien.
9.11 2007 05:00


“Foto: Danish National Space Center”


 

Jorda bombarderes av kosmisk stråling - ekstremt energirike enkeltpartikler. De krasjlander i atmosfæren én og én, og hver av dem forvandles til en skur av andre partikler som regner ned over områder på opptil 40 kvadratkilometer.

Men hvor kommer disse mystiske partiklene fra?

Tidligere forskning har vist at kosmisk stråling med relativt lav energi stammer fra vår egen sol, og at partiklene med middels energi antageligvis blir sendt ut av eksploderende stjerner.

Men hva med den superenergirike strålinga?

Hva med rekordpartikkelen som i 1991 dundret inn i atmosfæren med en energi på 300 milliarder milliarder elektronvolt? Som uten atmosfærens oppbremsende effekt kunne brast inn i noen med like stor kraft som hard pælma baseball?

Etter tiår med spekulasjoner mener forskerne at de kan ha funnet svaret.

Resultatene fra Pierre Auger Collaboration - et observasjonssamarbeid mellom 370 forskere fra 17 land - tyder på at de ekstremt høyenergetiske partiklene ikke ramler inn fra vilkårlige punkter i rommet, men faktisk ser ut til å stamme fra helt spesielle kilder:

Såkalte aktive galaksekjerner - supermassive sorte hull med ei skive av gass rundt seg, i sentrum av en galakse.

Partikler som unnslipper

Aktive galaksekjerner blir drevet av de gigantiske sorte hullene, men selve partiklene i den kosmiske strålinga kommer fra skyen av gass som sirkler rundt hullene, forklarer Øyvind Grøn, professor i fysikk ved Høgskolen i Oslo.


“To partikkelstråler skyter ut i hver sin retning fra aktive galaksekjerner. Det er det enorme magnetfeltet rundt galaksekjernen som styrer strømmen av ladde partikler utover til hver side. Slik ser en av ESAs illustratører for seg fenomenet.”


 

- Ingenting kan komme ut av et sort hull, sier han.

- Strålinga blir til når den spinnende gassen faller inn mot det sorte hullet. Når partiklene i gassen ramler innover får de mer bevegelsesenergi, og mer varmeenergi. Dette gjør at temperaturen i gassen blir enorm.

 

Den ekstreme temperaturen forvandler gassen til plasma, en tilstand hvor atomene og molekylene blir revet litt i stykker og alle partiklene får en elektrisk ladning.

- Noen av disse partiklene får til slutt så enorm energi at de klarer å unnslippe dragsuget mot det sorte hullet.

De suser i stedet utover i en usannsynlig fart, men fordi partiklene har en elektrisk ladning blir de bøyd av i det enorme magnetfeltet som omgir galaksekjernen, og sendt ut i helt bestemte retninger.

Og noen ytterst få av dem treffer altså oss, hvis vi skal tro resultatene fra Pierre Auger Collaboration, som har registrert slike partikkelkrasj ved Pierre Auger Observatory siden 2004.

De aller mest energirike

Forskerne har gått igjennom nesten en million målinger av partikler som treffer atmosfæren. De fleste av fnuggene har relativt lav energi. Slike partikler har latt seg påvirke så mye av magnetiske felter i verdensrommet at det er umulig å si hvor de opprinnelig kom fra.

Men forskerne har også registrert noen titalls skikkelige dundertreff siden målingene startet. Disse partiklene har så mye energi og så høy fart at de har pløyd nærmest upåvirket igjennom rommet helt til de krasjlandet i atmosfæren på jorda.

Dermed kan man altså se hvor de kom fra.


“Nobelprisvinner James Cronin og Alan Watson var initiativtagerne til prosjektet.”

Det viste seg at flesteparten av de 27 mest energirike partiklene så ut til å peke rett tilbake til aktive galaksekjerner i noen av de nærmeste galaksene.

- I de neste få åra vil dataene våre tillate oss å identifisere den nøyaktige kilden for disse kosmiske strålene, og hvordan den akselererer partiklene, sier nobelprisvinner James Cronin fra University of Chicago, som startet prosjektet sammen med Alan Watson fra University of Leeds.

Dette er en ganske sensasjonell oppdagelse på flere måter, mener forskerne. Vi har ikke bare fått ny innsikt i et av universets mysterier, vi har også utviklet et helt nytt redskap for å studere rommet.

Nytt øye mot rommet

- Dette er en fundamental oppdagelse. Tida har kommet for astronomi bygd på kosmisk stråling, sier Cronin.

Professor Øyvind Grøn er enig.

- Da satellittene kom, åpnet det øynene våre for elektromagnetisk stråling som ikke trenger igjennom atmosfæren på jorda, sier han.


“Øyvind Grøn.”

- Vi kunne observere gammastråler og røntgenstråler, og på den måten få mye informasjon om rommet som vi ikke hadde hatt tilgang til før. Det var som om vi fikk et helt nytt sett med øyne.

- De nye teknikkene for å observere kosmisk stråling er enda et nytt sett øyne. Før var målingene så diffuse at det var vanskelig å hente noen informasjon ut av dem, men nå åpner det seg et helt nytt vindu til rommet, sier Grøn.

- Ettersom vi samler flere data kan vi se på individuelle galakser på en detaljert og helt ny måte. Observatoriet vårt produserer et nytt bilde av universet, basert på kosmiske stråler i stedet for lys, sier Alan Watson i ei pressemelding.

Dette nye vinduet til rommet er imidlertid verken gratis eller lett å åpne.

Enormt observatorium

De opprinnelige partiklene som krasjer inn i atmosfæren forvandler seg øyeblikkelig til en bred skur av andre partikler, som til slutt treffer jordoverflata.

Men hvordan måler du egentlig en partikkelskur som sprer seg over et område som kan dekke over 40 kvadratkilometer?

Pierre Auger Observatory i Argentina består av intet mindre enn 1 600 partikkeldetektorer, spredt med 1,5 kilometers mellomrom over et område på 3 000 kvadratkilometer.


“De lokale innbyggerne ser ikke ut til å ha noe i mot detektorene som er plassert med 1,5 kilometers avstand.”


 

I tillegg har forskerne satt opp 24 spesiallagde teleskoper som registrerer glimt av fluoriserende lys som kommer fra partikkelskurene.

Med et slikt enormt observatorium kan forskerne fange opp omkring 30 ekstremt energirike krasj i året. Dessuten har Pierre Auger Collaboration allerede planer om å konstruere et enda større anlegg i Colorado, for å dekke hendelser på den nordlige halvkula.

- Et anlegg i nord ville la oss se på enda flere galakser og sorte hull, og øke følsomheten til observatoriet. Det er enda flere aktive galaksekjerner på den nordlige himmelen enn den sørlige, sier Giorgio Matthiae fra University of Rome.

Dermed ser det ut til at vi bare kan glede oss til flere spennende oppdagelser om rommets mysterier i åra som kommer.

- De første 30 åra på 1900-tallet var fysikkens gullalder, da mange av de grunnleggende fysiske lovene i naturen ble oppdaget, og både relativitetsteorien og kvanteteorien ble konstruert.

- Men nå, med alle disse nye øynene mot universet, tror jeg det er astronomiens tur, avslutter Øyvind Grøn.

- Jeg tror faktisk vi er så heldige at vi lever i astronomiens gullalder.

Referanse:

The Pierre Auger Collaboration, Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects, Science, 9. november, vol. 318, s. 938-943.

Lenker:

Pierre Auger Observatory

Annonse

forskning.no ønsker en åpen og saklig debatt. Vi forbeholder oss retten til å fjerne innlegg. Du må bruke ditt fulle navn. Vis regler

Regler for leserkommentarer på forskning.no:

  1. Diskuter sak, ikke person. Det er ikke tillatt å trakassere navngitte personer eller andre debattanter.
  2. Rasistiske og andre diskriminerende innlegg vil bli fjernet.
  3. Vi anbefaler at du skriver kort.
  4. forskning.no har redaktøraransvar for alt som publiseres, men den enkelte kommentator er også personlig ansvarlig for innholdet i innlegget.
  5. Publisering av opphavsrettsbeskyttet materiale er ikke tillatt. Du kan sitere korte utdrag av andre tekster eller artikler, men husk kildehenvisning.
  6. Alle innlegg blir kontrollert etter at de er lagt inn.
  7. Du kan selv melde inn innlegg som du mener er upassende.
  8. Du må bruke fullt navn. Anonyme innlegg vil bli slettet.

Aktive galaksekjerner

Forskerne tror at alle galakser har supermassive sorte hull i sentrum, men i noen av galaksene har de sorte hullene ei enorm skive av gass rundt seg. Dette kalles for aktive galaksekjerner. De spyr ut partikler og stråling, som blir til når de sorte hullene sluker gass fra skiva.

Forskning kan tyde på at galakser som har en slik aktiv galaksekjerne tidligere har krasjet med andre galakser eller vært involvert i andre kosmiske tumulter. Vår egen melkevei har ikke noen aktiv galaksekjerne, selv om den har et supermassivt sort hull med 3 millioner solmasser i sentrum.

Annonse

Annonse