ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలు రికార్డు శక్తితో అంతరిక్షం నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లను కొలుస్తారు

భూమికి కొన్ని వేల కాంతి సంవత్సరాలలోపు ఉన్న పల్సర్ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పాజిట్రాన్‌లను ఇప్పుడు HESS-అబ్జర్వేటరీ ద్వారా కొలవబడిన తీవ్ర శక్తులకు వేగవంతం చేయగలదు.

నమీబియాలోని HESS-సహకారం యొక్క ఐదు టెలిస్కోప్‌లు కాస్మిక్ రేడియేషన్, ముఖ్యంగా గామా రేడియేషన్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడతాయి. పది సంవత్సరాల పరిశీలనల నుండి వచ్చిన డేటాలో, పరిశోధకులు ఇప్పుడు కాస్మిక్ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పాజిట్రాన్‌లను పది టెరా-ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల కంటే ఎక్కువ శక్తితో గుర్తించగలిగారు (1 TeV 10^12 ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటుంది). మన కాస్మిక్ పరిసరాల్లోని అయస్కాంత క్షేత్రాల ద్వారా చార్జ్ చేయబడిన కణాలు అన్ని దిశలలో విక్షేపం చెందుతాయి కాబట్టి, వాటి మూలాన్ని గుర్తించడం కష్టం. అయితే, ఈసారి, అత్యధిక శక్తి విలువల వరకు కొలిచిన కణ శక్తి స్పెక్ట్రం యొక్క అత్యుత్తమ నాణ్యత కొత్త అవకాశాలను తెరుస్తుంది: శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని వేల కాంతి సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ దూరంలో ఉండే పల్సర్ మూలంగా ఉండవచ్చని అనుమానిస్తున్నారు. .

విశ్వం అత్యంత శీతల ఉష్ణోగ్రతల నుండి అత్యంత శక్తివంతమైన మూలాల వరకు తీవ్రమైన వాతావరణాలను నిర్వహిస్తుంది. సూపర్‌నోవా అవశేషాలు, పల్సర్‌లు లేదా యాక్టివ్ గెలాక్సీ కేంద్రకాలు వంటి విపరీతమైన వస్తువులు చార్జ్డ్ కణాలు మరియు గామా రేడియేషన్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇవి నక్షత్రాలలో అణు సంయోగం వంటి ఉష్ణ ప్రక్రియల కంటే చాలా ఎక్కువ శక్తితో ఉంటాయి.

విడుదలైన గామా-కిరణాలు అంతరాయం కలగకుండా అంతరిక్షాన్ని దాటుతున్నప్పుడు, చార్జ్ చేయబడిన కణాలు – లేదా కాస్మిక్ కిరణాలు – విశ్వంలోని సర్వవ్యాప్త అయస్కాంత క్షేత్రాల ద్వారా విక్షేపం చెందుతాయి మరియు అన్ని దిశల నుండి భూమిని ఐసోట్రోపికల్‌గా చేరుకుంటాయి. దీని అర్థం పరిశోధకులు రేడియేషన్ యొక్క మూలాన్ని నేరుగా అంచనా వేయలేరు. అదనంగా, చార్జ్డ్ కణాలు కాంతి మరియు అయస్కాంత క్షేత్రాలతో పరస్పర చర్యల ద్వారా శక్తిని కోల్పోతాయి. ఈ నష్టాలు టెరా-ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్ గుర్తు కంటే ఎక్కువ శక్తితో కూడిన అత్యంత శక్తివంతమైన ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు పాజిట్రాన్‌లకు (ఎలక్ట్రాన్ యొక్క సానుకూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన యాంటీ-పార్టికల్స్) ముఖ్యంగా బలంగా ఉంటాయి. భూమిపై ఉన్న పరికరాలు అటువంటి అధిక శక్తితో కూడిన చార్జ్డ్ కాస్మిక్ కణాలను కొలిచినప్పుడు, అవి చాలా దూరం ప్రయాణించలేవని అర్థం. ఇది మన సౌర వ్యవస్థకు సమీపంలో శక్తివంతమైన సహజ కణ యాక్సిలరేటర్ల ఉనికిని సూచిస్తుంది.

స్పెక్ట్రమ్‌లోని ఒక కింక్ మూలాన్ని వెల్లడిస్తుంది

కొత్త విశ్లేషణలో, HESS సహకారం నుండి శాస్త్రవేత్తలు మొదటిసారిగా ఈ విశ్వ కణాలు ఎక్కడ నుండి వచ్చాయో తగ్గించారు. విశ్లేషణ యొక్క ప్రారంభ స్థానం కాస్మిక్ కిరణాల స్పెక్ట్రం యొక్క కొలత, అనగా కొలిచిన ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పాజిట్రాన్ల శక్తి పంపిణీ. విశ్లేషణ పది సంవత్సరాల పరిశీలనలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది అధిక డేటా నాణ్యతకు హామీ ఇస్తుంది. ఇంటిగ్రేటెడ్ ఎలక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రం అనేక పదుల టెరా-ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్‌ల వరకు విస్తరించి ఉంటుంది. -మా కొలత కీలకమైన మరియు గతంలో అన్వేషించని శక్తి పరిధిలో డేటాను అందించడమే కాకుండా, స్థానిక పరిసర ప్రాంతాలపై మన అవగాహనపై ప్రభావం చూపుతుంది, కానీ రాబోయే సంవత్సరాల్లో ఇది బెంచ్‌మార్క్‌గా మిగిలిపోయే అవకాశం ఉంది- అని మాక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ న్యూక్లియర్‌కు చెందిన వెర్నర్ హాఫ్‌మన్ చెప్పారు. హైడెల్‌బర్గ్‌లో భౌతికశాస్త్రం. TeV ఎనర్జీల వద్ద తులనాత్మకంగా చిన్న ఎర్రర్ బార్‌ల ద్వారా వర్గీకరించబడిన స్పెక్ట్రమ్‌లో, ఒక టెరా-ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌లో ఒక ప్రముఖ కింక్ అద్భుతమైనది. ఈ విరామానికి పైన మరియు దిగువన, స్పెక్ట్రమ్ తదుపరి క్రమరాహిత్యాలు లేకుండా పవర్ చట్టాన్ని అనుసరిస్తుంది.

గెలాక్సీ గుండా వెళుతోంది

ఏ ఖగోళ భౌతిక ప్రక్రియ ఎలక్ట్రాన్‌లను ఇంత అధిక శక్తులకు వేగవంతం చేసిందో మరియు కింక్ యొక్క మూలం ఏమిటో తెలుసుకోవడానికి, పరిశోధకులు ఈ డేటాను మోడల్ అంచనాలతో పోల్చారు. మూల అభ్యర్థులు పల్సర్‌లు, ఇవి బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రాలతో నక్షత్ర అవశేషాలు. కొన్ని పల్సర్‌లు తమ పరిసరాల్లోకి చార్జ్ చేయబడిన కణాల గాలిని వీస్తాయి మరియు ఈ గాలి యొక్క అయస్కాంత షాక్ ముందు భాగంలో కణాలు బూస్ట్‌ను అనుభవించే ప్రదేశం కావచ్చు. సూపర్నోవా అవశేషాల షాక్ ఫ్రంట్‌లకు కూడా ఇది వర్తిస్తుంది. ఈ విధంగా వేగవంతం చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్లు నిర్దిష్ట శక్తి పంపిణీతో అంతరిక్షంలోకి ప్రయాణిస్తాయని కంప్యూటర్ నమూనాలు చూపిస్తున్నాయి. ఈ నమూనాలు పాలపుంత గుండా కదులుతున్నప్పుడు ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పాజిట్రాన్‌లను ట్రాక్ చేస్తాయి మరియు అవి పాలపుంతలోని అయస్కాంత క్షేత్రాలు మరియు కాంతితో సంకర్షణ చెందుతున్నప్పుడు వాటి శక్తి ఎలా మారుతుందో లెక్కిస్తుంది. ఈ ప్రక్రియలో, కణాలు చాలా శక్తిని కోల్పోతాయి, వాటి అసలు శక్తి స్పెక్ట్రం వక్రీకరించబడుతుంది. చివరి దశలో, ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ఖగోళ భౌతిక మూలాల స్వభావం గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి డేటాకు వారి నమూనాను సరిపోయేలా ప్రయత్నిస్తారు.

కానీ టెలిస్కోప్‌లు కొలిచిన ఎలక్ట్రాన్‌లను ఏ వస్తువు అంతరిక్షంలోకి విసిరివేసింది’ ఒక టెరా-ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్ కంటే తక్కువ శక్తి కలిగిన కణ స్పెక్ట్రం బహుశా వివిధ పల్సర్‌లు లేదా సూపర్‌నోవా అవశేషాల నుండి ఎలక్ట్రాన్‌లు మరియు పాజిట్రాన్‌లను కలిగి ఉంటుంది. అయితే అధిక శక్తుల వద్ద, భిన్నమైన చిత్రం ఉద్భవిస్తుంది: శక్తి స్పెక్ట్రం దాదాపు ఒక టెరాఎలెక్ట్రాన్ వోల్ట్ నుండి బాగా పడిపోతుంది. ఖగోళ మూలాల ద్వారా వేగవంతం చేయబడిన కణాలను మరియు గెలాక్సీ అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా వాటి వ్యాప్తిని అధ్యయనం చేసే నమూనాల ద్వారా కూడా ఇది ధృవీకరించబడింది. ఒక టెరా-ఎలక్ట్రాన్వోల్ట్ వద్ద ఈ పరివర్తన ప్రత్యేకంగా ఉచ్ఛరిస్తారు మరియు అనూహ్యంగా పదునుగా ఉంటుంది. -ఇది ఒక ముఖ్యమైన ఫలితం, ఎందుకంటే కొలిచిన ఎలక్ట్రాన్లు మన స్వంత సౌర వ్యవస్థకు సమీపంలో ఉన్న చాలా తక్కువ మూలాల నుండి, గరిష్టంగా కొన్ని 1000 కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉద్భవించవచ్చని మేము నిర్ధారించగలము- అని యూనివర్సిటీకి చెందిన కాథ్రిన్ ఎగ్బర్ట్స్ చెప్పారు. పోట్స్‌డామ్ యొక్క. పాలపుంత పరిమాణంతో పోలిస్తే ఈ దూరం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. -వేర్వేరు దూరంలో ఉన్న మూలాలు ఈ కింక్‌ను గణనీయంగా కడిగివేస్తాయి-, ఎగ్‌బర్ట్స్ కొనసాగుతుంది. వెర్నర్ హాఫ్‌మన్ ప్రకారం, అధిక శక్తుల వద్ద ఎలక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రమ్‌కు ఒక్క పల్సర్ కూడా బాధ్యత వహిస్తుంది. అయితే, ఏది అనేది స్పష్టంగా తెలియలేదు. మూలం చాలా దగ్గరగా ఉండాలి కాబట్టి, కొన్ని పల్సర్‌లు మాత్రమే ప్రశ్నలోకి వస్తాయి.

HR/BEU

నేపథ్య సమాచారం

డేటా విశ్లేషణ: ఖగోళ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు నాలుగు HESS టెలిస్కోప్‌ల ద్వారా ఒక దశాబ్దంలో సేకరించిన భారీ డేటా సెట్‌ను విశ్లేషించారు. వారు అపూర్వమైన తక్కువ నేపథ్య కాలుష్యంతో కాస్మిక్ ఎలక్ట్రాన్‌లను గుర్తించడానికి నవల మరియు కఠినమైన ఎంపిక అల్గారిథమ్‌లను ఉపయోగించారు. ఇది కాస్మిక్ ఎలక్ట్రాన్ల విశ్లేషణ కోసం గణాంకపరంగా అధిక-నాణ్యత డేటాసెట్‌కు దారితీసింది. ముఖ్యంగా, పరిశోధకులు 40 TeV వరకు శక్తితో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు పాజిట్రాన్‌లను కొలవగలిగారు.

గుర్తింపు పద్ధతి: అధిక శక్తి, చార్జ్డ్ కాస్మిక్ కణాలను గుర్తించడం కష్టం. ఒక చదరపు మీటరు డిటెక్టర్ వైశాల్యం కలిగిన అంతరిక్ష-ఆధారిత టెలిస్కోప్‌లు అరుదైన కణాలను తగినంతగా సంగ్రహించవు. భూమి-ఆధారిత పరికరాలు ఒక ఉపాయం ఉపయోగిస్తాయి: గామా కిరణం లేదా వేగవంతమైన, చార్జ్ చేయబడిన కణం వాతావరణంలోకి ప్రవేశించినప్పుడు, అది అణువులు మరియు అణువులతో ఢీకొని, హిమపాతంలా భూమికి పరుగెత్తే కొత్త కణాలను సృష్టిస్తుంది. ఈ కణ క్యాస్కేడ్‌లో, వ్యక్తిగత కణాలు కాంతి వెలుగులను (చెరెన్‌కోవ్ రేడియేషన్) ఉత్పత్తి చేస్తాయి, వీటిని నేలపై ప్రత్యేకమైన పెద్ద టెలిస్కోప్‌లతో గమనించవచ్చు. అధిక-శక్తి ఖగోళ శాస్త్రం వాతావరణాన్ని ఒక పెద్ద డిటెక్టర్‌గా ఉపయోగిస్తుంది.

ఎలక్ట్రాన్లు లేదా పాజిట్రాన్‌ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన క్యాస్‌కేడ్‌లను భారీ కాస్మిక్ న్యూక్లియైలు లేదా గామా ఫోటాన్‌ల ప్రభావంతో ఉత్పత్తి చేయబడిన సాధారణ క్యాస్కేడ్‌ల నుండి వేరు చేయడం సవాలు. 2008లో, HESS-చెరెన్‌కోవ్-టెలిస్కోప్ నుండి డేటాలో ఎలక్ట్రాన్ మరియు పాజిట్రాన్ సిగ్నల్‌లను గుర్తించడంలో పరిశోధకులు మొదటిసారిగా విజయం సాధించారు.

గామా రేడియేషన్‌ను నేరుగా మూలం నుండి గుర్తించవచ్చు, చార్జ్డ్ కాస్మిక్ కణాలకు ఇది సాధ్యం కాదు. ఇవన్నీ ఒకే మూలం నుండి ఉద్భవించినప్పటికీ, ఇవి భూమి యొక్క వాతావరణాన్ని విస్తృత దిశల నుండి తాకాయి. పాలపుంతలోని అయస్కాంత క్షేత్రాల ద్వారా విక్షేపం చెందడం దీనికి కారణం.

HESS-అబ్జర్వేటరీ: నమీబియాలోని ఖోమాస్ హైలాండ్స్‌లోని HESS-అబ్జర్వేటరీ, 1,835 మీటర్ల ఎత్తులో, 2002లో కార్యకలాపాలు ప్రారంభించింది. ఇది ఐదు టెలిస్కోప్‌ల శ్రేణిని కలిగి ఉంటుంది: నాలుగు 12-మీటర్ టెలిస్కోప్‌లు ఒక చతురస్రం మూలల్లో మరియు మరో 28 మీటర్ల టెలిస్కోప్. మధ్యలో. ఇది కొన్ని పదుల గిగాఎలెక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల (GeV, 10^9 ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌లు) నుండి కొన్ని పదుల టెరాఎలెక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌ల (TeV, 10^12 ఎలక్ట్రాన్‌వోల్ట్‌లు) పరిధిలోని కాస్మిక్ గామా రేడియేషన్‌ను గుర్తించడానికి అనుమతిస్తుంది. పోలిక కోసం: కనిపించే కాంతి కణాలు రెండు నుండి మూడు ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్ల శక్తిని కలిగి ఉంటాయి. HESS ప్రస్తుతం అధిక శక్తి గల గామా కాంతిలో దక్షిణ ఆకాశాన్ని గమనించే ఏకైక పరికరం మరియు ఈ రకమైన అతిపెద్ద మరియు అత్యంత సున్నితమైన టెలిస్కోప్ వ్యవస్థ కూడా.

HESS-అబ్జర్వేటరీ ప్రధానంగా గామా రేడియేషన్‌ను గుర్తించడానికి మరియు ఎంచుకోవడానికి మరియు దాని మూలాలను కొలవడానికి ఉపయోగించబడినప్పటికీ, పొందిన డేటా కాస్మిక్ ఎలక్ట్రాన్‌ల కోసం శోధించడానికి కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.