Pociski prosto z serca galaktyki

– Uczyniliśmy wielki krok naprzód w rozwiązaniu zagadki pochodzenia cząstek kosmicznych najwyższych energii – mówi prof. James Cronin z Uniwersytetu w Chicago, laureat Nagrody Nobla. Wyniki badań prowadzonych w obserwatorium Pierre Auger w Argentynie publikuje dzisiejsze wydanie prestiżowego magazynu „Science”.

Nasza planeta nieustannie jest bombardowana przez promienie kosmiczne. Są to głównie protony oraz jądra atomów pędzące z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Kiedy docierają do atmosfery, zderzają się z atomami występujących tam pierwiastków i powodują m.in. jonizację powietrza.Większość dobiegających do nas cząstek o stosunkowo niewielkich energiach pochodzi z wybuchów gwiazd supernowych. Docierają ze wszystkich kierunków z całego obszaru naszej Galaktyki – Drogi Mlecznej. – Co do tego naukowcy raczej się zgadzają – powiedziała „Rz” prof. Maria Giller z Uniwersytetu Łódzkiego, która kieruje jednym z zespołów badawczych w ramach programu „Auger”.

Kiedy proton lub jądro atomu uderza w górne warstwy atmosfery, tworzy się kaskada cząstek wtórnych. Naukowcy nazywają ją wielkim pękiem atmosferycznym, który może rozpościerać się na obszarze 40 lub więcej kilometrów kwadratowych i zawierać nawet dziesiątki miliardów cząstek wtórnych.

Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie rejestruje wielkie pęki tworzone przez promienie kosmiczne przez układ 1, 6 tys. detektorów. Rozłożone są co półtora kilometra od siebie w siatce pokrywającej obszar 3 tys. kilometrów kwadratowych. Oprócz tego 24 specjalnie zaprojektowane teleskopy obserwują emisję światła fluorescencyjnego wytwarzanego przez te pęki w atmosferze. Obserwatorium zarejestrowało już prawie milion pęków od promieni kosmicznych.

Od czasu do czasu pojawiają się jednak pędzące przez wszechświat cząstki o olbrzymiej energii. Tak wielkiej, że porównywalnej z energią piłki tenisowej lecącej z prędkością ponad 100 kilometrów na godzinę. Pochodzenie niewyobrażalnie małych kosmicznych pocisków docierających do atmosfery Ziemi wyjaśniają naukowcy z programu „Auger”. Niestety, pojawiają się stosunkowo rzadko: przeciętnie jedna cząstka na kilometr kwadratowy na 100 lat, więc aby zarejestrować pęki atmosferyczne, które wywołują, trzeba było zbudować rozległy system detektorów.

Badacze z zespołu Auger zarejestrowali 81 pęków wytworzonych przez takie kosmiczne pociski. Naukowcy określili kierunki, skąd one do nas dotarły, i okazało się, że pokrywają się z kierunkami, gdzie znajdują się tzw. aktywne jądra galaktyk pobliskich skupisk gwiazd, takich jak na przykład Centaurus A.

W artykule w „Science” przekonują, że cząstki o wysokich energiach docierają do nas dzięki istnieniu w jądrach galaktyk czarnych dziur. – Odkryliśmy, że niebo na półkuli południowej obserwowane w promieniach kosmicznych najwyższej energii jest niejednorodne. W ciągu najbliższych paru lat uda nam się zapewne wskazać dokładne miejsca ich pochodzenia i wyjaśnić mechanizm przyspieszania cząstek do wielkich energii – twierdzi prof. Cronin.

Laboratorium Auger może rejestrować około 30 cząstek wysokiej energii w ciągu roku. Aby je zarejestrować, urządzenia muszą być odpowiednio zaprogramowane. Układy elektroniczne muszą umieć rozpoznać właśnie te zjawiska. Tu ważną rolę odegrał dr hab. Zbigniew Szadkowski z Uniwersytetu Łódzkiego, który opracował odpowiednie układy elektroniczne.Zespół z Łodzi pod kierownictwem prof. Marii Giller opracowuje modele wielkich pęków atmosferycznych, pozwalające na interpretację wyników pomiarów. Druga polska grupa, z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie, którą kieruje prof. Henryk Wilczyński, zajmuje się podobnymi problemami oraz badaniami atmosfery w Argentynie i jej wpływu na wyniki pomiarów.W planach programu „Auger” jest zbudowanie większego laboratorium w stanie Kolorado w USA, tak aby można było obserwować całe niebo.

Po raz pierwszy wykryliśmy źródła promieni kosmicznych. Pokazaliśmy, że promienie kosmiczne wielkiej energii pochodzą z okolic aktywnych jąder galaktycznych - mówi prof. Maria Giller, Katedra Fizyki Doświadczalnej Instytutu Fizyki Uniwersytetu Łódzkiego

Rz: Jakie znaczenie ma wasze odkrycie?

Maria Giller: To bardzo istotne badania. Po raz pierwszy wykryliśmy źródła promieni kosmicznych. Pokazaliśmy, że promienie kosmiczne wielkiej energii pochodzą z okolic aktywnych jąder galaktycznych.