천문학과 초고에너지 우주광선

에너지를 초과하는 우주 광선 입자의 첫 번째 관찰 1.0 × 10 20  eV (16 J)는 1998 년 인도 Bihar에있는 Buxar 의 화산 목장 실험 에서 Rahul Kumar Dubey 박사 와 Abhishek Kumar Dubey 가 만들었다.

더 높은 에너지를 갖는 우주 광선 입자가 이후 관찰되었다. 그중에는 1991 년 10 월 15 일 저녁 유타주 Dugway Proving Ground 에서 유타 대학교의 플라이 아이 (Fly 's Eye) 실험에 의해 관찰 된 오마이 오브 ( Oh-My-God) 입자가 있었다 . 그 관측은 천체 물리학 자 에게 충격이었고, 그 에너지는 대략적으로3.2 × 10 20  eV (50 J) -즉, 시속 약 100km (60mph)로 이동 하는 야구 (5 온스 또는 142 그램) 와 같은 운동 에너지를 갖는 원자핵.

이 입자의 에너지는 모든 지상 입자 가속기 에서 생성 된 최고 에너지 양성자의 에너지의 약 4 천만 배입니다 . 그러나이 에너지의 작은 부분 만이 지구의 양성자 또는 중성자와의 상호 작용에 사용할 수 있으며, 대부분의 에너지는 상호 작용 산물의 운동 에너지 형태로 남아 있습니다(Collider # Explanation 참조). 이러한 충돌에 사용할 수있는 유효 에너지는 입자 에너지와 양성자의 질량 에너지의 곱의 두 배의 제곱근입니다.7.5 × 10 14  eV , Large Hadron Collider 의 충돌 에너지의 약 50 배.

유타 대학교 의 Fly 's Eye Cosmic Ray Detector에 의한 첫 관측 이후, 적어도 15 개의 유사한 사건이 기록되어 현상을 확인했다. 이 고 에너지 우주 광선 입자는 매우 드 very니다. 대부분의 우주 광선 입자의 에너지는 10 MeV와 10 GeV 사이입니다.

피에르 오거 천문대 (Pierre Auger Observatory)는 초고 에너지 우주 광선 입자 (10 20 eV를 초과하는 에너지)를 탐지하도록 설계된 국제 우주 광선 관측소입니다 . 이 고 에너지 입자는 세기 당 평방 킬로미터 당 1에 불과한 것으로 추정되는 도착 속도를 가지므로, 이러한 많은 사건을 기록하기 위해 오거 천문대는 3,000km² ( 로드 아일랜드 의 크기 , 미국) 아르헨티나 서부 멘도사 주 . 피에르 오제 전망대, 물 탱크의 클러스터에서 방향 정보를 획득뿐만 아니라 또한 관찰 밤 하늘에 대한 교육을 네 망원경이, 우주의 레이 - 샤워 구성 요소를 관찰하는 데 사용되는 형광 의를샤워 입자가 하늘을 가로 지르는 질소 분자는 원래 우주 광선 입자에 대한 방향 정보를 제공합니다.

2017 년 9 월, PAO의 12 년 동안의 관측 데이터는 극도로 높은 에너지 우주 광선의 기원에 대한 은하계 외계 (예를 들어, 지구 은하 외부)를 지원했습니다. 

중성자 별

UHECR 입자의 한 가지 제안 된 근원은 중성자 별 에서 유래 한 것이다 . 10ms 미만의 스핀주기를 갖는 젊은 중성자 별 에서, 중성자 초 유체에 존재하는 초전도 양성자와 초 전자의 준 중성 유체로부터 의 자기 유체 역학 (MHD) 힘 은 철 핵을 UHECR 속도로 가속시킨다. 빠르게 회전 별에 중성자 초 유체에 의해 발생 된 자기장 (10)의 자기장 생성 8 -10 11 되는 중성자 등급이 분류된다 가리 테슬라 마그네 타. 이 자기장은 관측 된 우주에서 가장 강한 안정된 장이며 초신성에서 필요한 에너지로 남은 철 핵을 가속시키는 것으로 여겨지는 상대 론적 MHD 바람을 만듭니다.

중성자 별의 또 다른 가정 된 UHECR 소스는 중성자 별에서 이상한 별 연소까지입니다. 이 가설은 이상한 물질 이 그것을 뒷받침 할 실험적 또는 관측 적 자료가없는 물질 의 기초 상태 라는 가정에 의존 한다. 중성자 별의 엄청난 중력 압력으로 인해 단일 하드론으로 작용하는 평형 의 위 , 아래 , 이상한 쿼크 로 구성된 작은 물질 주머니. 이 후 발생하는 중성자 별 아래 이상한 스타가되고 자기장 나누기 지적하는 이상한 문제에 대한 전체 별, 연소 것 때문에 준 중성 유체가되었습니다에서 양성자와 중성자 기묘 체 . 이 자기장 항복은 큰 진폭 전자파 (LAEMW)를 방출합니다. LAEMW는 초신성 에너지에서 UHECR 에너지까지의 가벼운 이온 잔유물을 가속화합니다.

크랩 같은 펄서 의 자기권에서 가속 의 원심 메커니즘에 의해 매우 높은 에너지의 전자선 전자가 설명 될 수있다.

이것은 회전주기가 33ms 인 어린 펄서 인 Crab Nebula 에서 나오는> 100 TeV 우주 광선의 2019 년 관측에 의해 뒷받침됩니다.

활동 은하 핵 

청색 이동 우주 마이크로파 배경 복사 와의 상호 작용은 에너지를 잃기 전에이 입자가 이동할 수있는 거리를 제한합니다. 이것을 Greisen–Zatsepin–Kuzmin 한계 또는 GZK 한계라고합니다.

이러한 고 에너지 입자의 공급원은 수년간 미스터리였습니다. Pierre Auger Observatory의 최근 결과에 따르면 초고 에너지 우주 광선 도달 방향은 활성 은하 핵 (AGN) 이라 불리는 인근 은하 중심의 은하계 초 질량 블랙홀과 상관 관계가있는 것으로 나타났다 . 를 사용하는 각 상관 스케일 (3.1도) 상당히 대형이기 때문에, 이러한 결과는 명백하게 이러한 우주선 입자의 기원을 확인하지 않는다. AGN은 실제 출처와 밀접한 관련이있을 수 있으며, 예를 들어 은하 또는 100 Mpc 내에서 대규모로 물질이 모여있는 다른 천체 물리적 물체에서와 같이 나타날 수 있습니다.

일부의 블랙홀 AGN에이 같이 회전하는 것으로 알려진 시퍼 트 은하 은하 MCG 6-30-15 내면 강착 원반의 시간 가변성. 블랙홀 스핀은 UHECR 생성을 유도하는 잠재적으로 효과적인 작용제이다. 이온이 은하 핵 내부의 깊은 곳, 특히 곡률 방사선을 제한하는 요소를 우회하기 위해 적절히 발사되는 경우 및 내부 디스크로부터의 방사선에 의한 비탄성 산란. 저 발광성, 간헐적 인 Seyfert 은하는 핵으로부터 몇 광년 떨어져 선형 가속기의 형성으로 요구 사항을 충족시킬 수 있지만, UV 방사선이 이온 성 오염 물질의 공급을 보장하는 확장 된 이온 토리 내에있다. 해당 전계는 10 V / cm 정도로 작기 때문에 관측 된 UHECR은 천문학적 크기를 나타냅니다. 피에르 오거 천문대 (Pierre Auger Observatory)에 의해 개선 된 통계는 현재 지역 우주로부터의 UHECR과 Seyferts 및 LINER 과의 잠정적 연관성을 식별하는 데 도움이 될 것 입니다.

암흑 물질과의 관계 

활성 은하 핵은 암흑 물질을 고 에너지 양성자로 변환 할 수 있다고 가정한다. 상트 페테르부르크의 이론 물리 물리학 알렉산더 프리드만 연구소의 유리 파블로프와 안드레이 그리브는 암흑 물질 입자가 양성자보다 약 15 배 무겁고 보통 물질과 상호 작용하는 유형의 무거운 가상 입자 쌍으로 붕괴 될 수 있다고 가정합니다. 활성 은하 핵 근처에서,이 입자들 중 하나는 블랙홀로 떨어질 수 있고, 다른 입자는 펜로즈 (Penrose) 과정에서 설명 된 것처럼 탈출 할 수 있습니다.. 이러한 입자 중 일부는 들어오는 입자와 충돌합니다. Pavlov에 따르면, 이것은 매우 높은 에너지 충돌로 일반적인 가시적 양성자를 형성 할 수 있습니다. Pavlov는 그런 과정의 증거가 초고 에너지 우주 광선 입자라고 주장한다. 초고 에너지 우주선 입자는 매우 무거운 어두운 물질 "X 입자」의 붕괴에 의해 제조 될 수있다 등 Holeums . 이러한 매우 에너지 붕괴 산물은 X 입자의 중량의 일부를 운반 관찰 초고 에너지 우주선 (UHECR)에 대한 설득력있는 설명으로 생각된다.

은하 간 공간을 통과하는 고 에너지 우주선 입자는 고통 GZK 차단 10 위 20 차 우주선 입자가 양성자 또는 핵 경우 인해 우주 배경 복사의 상호 작용에 eV의를. 피에르 오제 프로젝트 , 시 HiRes 및 야쿠 츠크 광범위한 에어 샤워 배열 의 GZK 차단을 발견 Akeno- 동안 AGASA컷오프 이상의 이벤트를 관찰했습니다 (지난 10 년 동안 11 건). Akeno-AGASA 실험의 결과는 GZK 컷오프 에너지 근처에서 매끄 럽습니다. Akeno-AGASA 결과가 정확하고 그 의미를 고려한다면 GZK 컷오프 위반에 대한 AGASA 데이터에 대한 가능한 설명은 암흑 물질 입자로 인한 샤워 일 것입니다. 암흑 물질 입자는 우주 배경 방사선과 약하게 상호 작용하기 때문에 GZK 컷오프에 의해 구속되지 않습니다. Pierre Auger Project의 최근 측정 결과 고 에너지 우주선 입자의 방향과 AGN의 위치 사이의 상관 관계가 발견되었습니다.