Παρατηρητήριο στο Μεξικό εγκαινιάζει νέα εποχή στην αστρονομία ακτίνων γ

NASA

Το ερώτημα που σχετίζεται με τις TeV ακτίνες γ αφορά στην προέλευσή τους. Για να αγγίξουν αυτές τις ενέργειες, θα πρέπει να επιταχύνονται από εξαιρετικά ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά ή βαρυτικά πεδία, όπως οι μαύρες τρύπες, χωρίς όμως αυτό να είναι διαπιστωμένο.

Ένα νέο παρατηρητήριο έχει αρχίσει τη λειτουργία του στα βουνά του Μεξικό με σκοπό να λύσει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της σύγχρονης φυσικής. Πρόκειται για το HAWC (High Altitude Water Cherenkov), στο οποίο εγκαθιστώνται ογκώδεις δεξαμενές καθαρού νερού στο υψόμετρο των 4.100 μέτρων. Όταν ολοκληρωθεί, το HAWC θα αποτελείται από ένα δίκτυο 300 κυλινδρικών δεξαμενών, ύψους πέντε μέτρων και διαμέτρου επτά η καθεμία,  μέσω των οποίων οι επιστήμονες ευελπιστούν να μελετήσουν τα πιο ενεργά φωτόνια που έχουν ανιχνευθεί μέχρι σήμερα.

Τα φωτόνια που κινούνται στις υψηλότερες ενέργειες ονομάζονται ακτίνες γ και στην προκειμένη περίπτωση πρόκειται για σωματίδια με κοσμική προέλευση με ενέργειες στην κλίμακα των TeV, αντίστοιχης με αυτή που έχει μία ιπτάμενη μπάλα του τένις, συγκεντρωμένη όμως σε ένα μεμονωμένο σωματίδιο. Τα σωματίδια αυτά έχουν περίπου 20 φορές περισσότερη ενέργεια από τα πιο ενεργά σωματίδια που μπορούν να παραχθούν στον πιο ισχυρό επίγειο επιταχυντή, κάτι που μετατρέπει τις κοσμικές ακτίνες σε ένα φυσικό εργαστήριο πρώτης τάξης για τους επιστήμονες.

Το ερώτημα που σχετίζεται με τις TeV ακτίνες γ αφορά στην προέλευσή τους. Για να αγγίξουν αυτές τις ενέργειες, θα πρέπει να επιταχύνονται από εξαιρετικά ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά ή βαρυτικά πεδία, όπως οι μαύρες τρύπες, χωρίς όμως αυτό να είναι διαπιστωμένο.

Credit: Aurore Simonnet, Sonoma State University

SONOMA STATE UNIVERSITY

Καθώς τα σωματίδια των κοσμικών ακτίνων επιταχύνονται από μια μαύρη τρύπα στην ερμηνεία του καλλιτέχνη, το ρεύμα κατευθύνεται προς τη Γη ως πολύ υψηλής ενέργειας ακτίνων-γ. Μετά το χτύπημα του στην ατμόσφαιρα, παράγει βροχή σωματιδίων που προς τη Γη. Τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια ξεμένουν από ενέργεια πριν χτυπήσουν το επίπεδο της θάλασσας.

Όταν ένα μία ακτίνα γ φθάσει στην ατμόσφαιρα της Γης, παράγει μέσω μιας σειράς συγκρούσεων εκατομμύρια άλλα σωματίδια, εκ των οποίων μόνο εκείνα με τη μεγαλύτερη ενέργεια καταφέρνουν να φτάσουν έως την επιφάνεια του πλανήτη μας, κάτι που αποτελεί και το βασικό επιχείρημα υπέρ της εγκατάστασης τέτοιων παρατηρητηρίων σε μεγάλα υψόμετρα. Αναλύοντας τη “βροχή” σωματιδίων, οι ερευνητές θα προσπαθήσουν να ανακατασκευάσουν τη συνολική εικόνα, εντοπίζοντας την πηγή των ακτίνων και λύνοντας το μυστήριο της επιτάχυνσής τους.

Ένα από τα πλεονεκτήματα του HAWC σε σύγκριση με παλαιότερες προσπάθειες είναι η δυνατότητά του να ανιχνεύει σωματίδια από κάθε κατεύθυνση, ενώ η τοποθεσία εγκατάστασής του θα του επιτρέπει να λειτουργεί συνεχώς, ανεξαρτήτως καιρού. Θα είναι επίσης σχεδιασμένο να συνεργάζεται και με διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Φέρμι, με αντίστοιχη ευαισθησία στις μετρήσεις, σε σωματίδια όμως 100 με 1000 φορές πιο ενεργά.

Credit: Daniel Fiorino, UW-Madison/HAWC Collaboration

Χαρτογράφηση του ουρανού με μόνο το ένα τρίτο των ανιχνευτών του, το HAWC έχει ήδη λάβει τρεις περιοχές με υπερβολική ενέργεια, που φαίνονται σε κόκκινο.

Όταν ολοκληρωθεί, στο τέλος του έτους, θα είναι 10 με 15 φορές πιο ισχυρό από όλους τους ανιχνευτές ακτίνων γ που έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα, παρέχοντας στους επιστήμονες την ευκαιρία να διαλευκάνουν ένα από τα μεγάλα ερωτήματα της σύγχρονης επιστήμης, αλλά και να ελέγξουν για αντιδράσεις που αντιστοιχούν σε άγνωστες μέχρι στιγμές πτυχές της φυσικής, όπως αυτές στις οποίες συμμετέχουν σωματίδια σκοτεινής ύλης.

Credit: E. Moreno, BUAP

Η σειρά HAWC, όπως φαίνεται από τη κορυφή της Sierra Negra.

Credit: The HAWC Collaboration

Τεράστιες δεξαμενές επιπλέον καθαρού νερό 16 πόδια (4,9 μέτρα) και 24 πόδια (7,3 μέτρα) σε διάμετρο συλλέγουν πληροφορίες σχετικά με τις υψηλής ενέργειας ακτίνες-γ που συγκρούονται μαζί τους.

ΠΗΓΗ: naftemporiki.gr , space.com