H.E.S.S. po stopách kozmického žiarenia

Umelecké stvárnenie akréčneho disku čiernej diery (sciencedaily.com)

Už viac ako desať rokov skúma oblohu sústava teleskopov H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) v juhozápadnom africkom štáte Namíbii. Na medzinárodnej spolupráci vo výskume sa podieľa 42 inštitúcii z 12 krajín a cieľom je skúmať prostredie v jadre našej Galaxii.

H.E.S.S. sa zameriava na štúdium častíc pomocou gama žiarenia, ktoré tiež spoločne s vysokoenergetickými časticami prichádzajú z jadra Galaxie.

Najnovšia štúdia, ktorá sa zaoberá dátami získane H.E.S.S, vyšla vo váženom časopise Nature 16. marca 2016.

Štúdia odhaľuje prvý vysokoenergetický zdroj týchto častíc a ich energia je v rámci doterajšieho prieskumu Mliečnej dráhy najvyššia.

Do vysokoenergetických častíc radíme protóny, elektróny či jadra atómov (najčastejšie atómy vodíka a hélia), urýchlené blízko rýchlosti svetla. Častice sú elektrický nabité a silno vychýlené v magnetických medzihviezdnych poliach, nachádzajúce sa v Galaxii.

Tieto výchylky spôsobujú, že smer ich pohybu je náhodný a nevieme presne lokalizovať zdroj relativistických častíc. Práve čo najpresnejšie určovanie zdrojov kozmického žiarenia patrí medzi najväčšie zapeklité problémy astrofyziky.

Sieť gama teleskopov H.E.S.S (wikipedia.org)

Ale, nie sme až tak bezmocný. Máme spojencov vo forme gama žiarenia. A teraz to najdôležitejšie je si uvedomiť, že podľa vlnovo-časticovej duality sa gama žiarenie správa ako častica! Čiže gama žiarenie môžeme pokladať tiež za vysokoenergickú časticu. Narozdiel od urýchlených protónov, elektrónov a jadier atómov gama žiarenie neovplyvňujú magnetické polia nachádzajúce sa v Galaxii, a tak môžu nerušené cestovať kozmom priamou cestou. Vieme tak identifikovať dráhu i zdroj gama žiarenia. Aby sme odlíšili vysokoenergetické častice (ešte raz, protóny, elektróny a jadra atómov) od gama žiarenia, budeme ich nazývať kozmických žiarením.

Tam, kde sa produkuje kozmické žiarenie, zákonite sa tam nachádza nejaká ionizovaná hmota, ktorá zbrzdí kozmické žiarenie, a z rozdielu straty energie sa emituje gama žiarenie. Takže k nám prichádza menej energetické kozmické žiarenie (pri ktorých ale nevieme určiť zdroj) a gama žiarenie, z ktorého vieme docela presne určiť zdroj emitácie.

Ak gama žiarenie dosiahne atmosféru Zeme, interaguje s časticou atmosféry a vysiela typické Čerenkovovo žiarenie, ktoré detegujú detektory a študujú vlastnosti gama žiarenia.

Jedných z takýchto detektorov je aj H.E.S.S. Zachytáva Čerenkovovo žiarenie a skúma vlastnosti vzniklé zo zrážky gama žiarenia s časticou atmosféry. Z toho sa vyvodia mnoho parametrov vlastnosti gama žiarenia, ako energia či zdroj emitácie.

Dnes zo štúdia kozmického žiarenia tak aj gama žiarenia vieme, že najväčšia energia emitovaná v našej Galaxii je 100 teraelektronvoltov (TeV). Vedci ale zo štúdia H.E.S.S a ďalších detektorov sú na stope zdrojov, ktoré emitujú viac ako 1 petaelektronovoltov (1 PeV = 1000 TeV).

Kde sa môžu nachádzať takéto zdroje? Napríklad v našej Galaxii je to objekt Sagittarius A, supermasívna čierna diera, ktorá by požierala obrovské sústa hmoty. Supermasívna čierna diera je v súčasnosti pokojná (aj keď sa dívame do minulosti, dnes to môže byť divoška, ale to sa dozvieme až o par desaťtisíc rokov).

V strede našej Galaxie okrem supermasívnej čiernej diery je v priestore 500 svetelných rokov okolo nej veľa energetických zdrojov, ako napríklad hviezdne čierne diery, binárne a viacnásobne systémy skladajúc z hviezd, neutrónových hviezd a čiernych dier a mnoho molekulárnych oblakov.

Práve H.E.S.S nám pravdepodobne ukazuje, že supermasívna čierna diera urýchľuje častice až na 1 PeV a viac. To sú ale zaujímavosti, čo poviete? Nebyť našej atmosférickej ozónovej obálky či magnetického poľa Zeme, s týmito časticami prilietavajúce z hlbín kozmu by nebola až taká sranda.

Zdroje:
A source accelerating Galactic cosmic rays to unprecedented energy discovered at the center of the Milky Way (sciencedaily.com)
High Energy Stereoscopic System (en.wikipedia.org)