Astronet > Debaty vokrug kosmicheskih luchei sverhvysokih energii

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Na saite

Astrometriya

Astronomicheskie instrumenty

Astronomicheskoe obrazovanie

Astrofizika

Istoriya astronomii

Kosmonavtika, issledovanie kosmosa

Lyubitel'skaya astronomiya

Planety i Solnechnaya sistema

Solnce

Debaty vokrug kosmicheskih luchei sverhvysokih energii
9.07.2002 18:53 | K. A. Postnov/GAISh, Moskva

Kosmicheskie luchi (KL) sverhvysokih energii (UHECR) -- eto chasticy, prihodyashie iz kosmosa s energiei vyshe $10^{19}$ eV (to est' vyshe 1 Dzh!). Oni nablyudayutsya kosvenno, putem izmereniya kaskada vtorichnyh chastic (shirokih atmosfernyh livnei), kotorye obrazuyutsya pri vzaimodeistvii pervichnoi chasticy UHECR s veshestvom atmosfery Zemli. Eto kraine redkie sobytiya, ocenka srednego potoka takih KL okolo 1 sobytiya na 1 kv. km. za 100 let. Na segodnyashnii den' eksperimental'no zaregistrirovany okolo 10 sobytii s energiei vyshe $5\times 10^{19}$ , i po sushestvu dela problemy zdes' dve. Pervaya -- otkuda voobshe berutsya stol' energichnye chasticy (problema uskoreniya), i vtoraya -- problema zavala spektra UHECR na energiyah vyshe $E_{GZK}\sim 5\times 10^{19}$ eV. Vtoraya problema izvestna pod problemoi zavala Graizena-Zacepina-Kuz'mina, po imeni avtorov, teoreticheski predskazavshih ego sushestvovanie v seredine 60-h godov. Obrezanie spektra svyazano s vzaimodeistviem energichnyh zarazhennyh chastic s fotonami reliktovogo 3-gradusnogo izlucheniya Vselennoi. V rezul'tate takogo vzaimodeistviya rozhdayutsya piony (raspadayushiesya vposledstvii na fotony, mezony i neitrino) i elektron-pozitronnye pary), v rezul'tate chego energiya chasticy UHECR umen'shaetsya do teh por, poka ne stanet nizhe poroga fotorozhdeniya vtorichnyh chastic. Znaya plotnost' i spektr reliktovyh fotonov, neslozhno ocenit', chto lyubaya zaryazhennaya chastica s energiei vyshe $E_{GZK}$ mozhet prihodit' tol'ko iz oblasti prostranstva s radiusom okolo 50 Mpk.

V 2000-2001 g. byli opublikovany rezul'taty yaponskogo eksperimenta AGASA, soglasno kotoromu zaregistrirovannye 8 sobytii s energiei vyshe $E_{GZK}$ prodolzhayut spektr KL bez GZK-zavala. Etot fakt vyzval bol'shoe kolichestvo teoreticheskih rabot, v kotoryh dlya ob'yasneniya sushestvovaniya chastic takih energii ispol'zovalis' nestandartnye modeli. Otsutstvie GZK-zavala nazyvalos' "vyzovom standartnoi modeli elementarnyh chastic", vozmozhnym "indikatorom novoi fiziki" i t.d. Odnako v konce 2001 g. i v 2002 g. byli opublikovany dannye nezavisimyh eksperimentov HiRes i Fly's Eye, v kotoryh spektr KL na etih energiyah pokazyval ozhidaemyi zaval. Situaciya stala (i ostaetsya) neopredelennoi, poskol'ku raznye gruppy eksperimentatorov otstaivayut nadezhnost' poluchennyh dannyh.

V konce iyunya 2002 g. izvestnye astrofiziki Dzhon Bakol (J. Bahcall) iz Instituta Peredovyh Issledovanii v Prinstone, N'yu-Dzhersi, i Eli Vaksman (E. Waxman) iz Vaicmanovskogo instituta (Izrail') opublikovali rezul'taty svoego analiza sushestvuyushih dannyh (sm. preprint hep-ph/0206217). V etoi rabote avtory utverzhdayut, chto GZK-zaval obnaruzhivaetsya na urovne 7 sigma (!). Ih analiz osnovan na sravnenii s nablyudeniyami analiticheskoi modeli UHECR, v kotoroi v kachestve istochnikov rassmatrivayutsya kosmicheskie gamma-vspleski. Soglasno odnoi iz naibolee pravdopodobnoi modeli gamma-vspleskov, nablyudaemoe gamma-izluchenie generiruetsya relyativistskimi elektronami za frontom relyativistskoi udarnoi volny (ili neskol'kih udarnyh voln), rasprostranyayusheisya ot central'nogo istochnika. Odin iz naibolee privlekatel'nyh mehanizmov uskoreniya chastic KL -- statisticheskii mehanizm Fermi -- effektivno "rabotaet" v etih usloviyah, tak chto KL vysokih energii vpolne mogut rozhdat'sya v rezul'tate vzryvov gamma-vspleskov. Dalee, znaya temp obrazovaniya kosmicheskih gamma-vspleskov v galaktikah, predpolagaya ego standartnuyu kosmologicheskuyu evolyuciyu (vozrastanie s krasnym smesheniem proporcional'no nablyudaemomu tempu zvezdoobrazovaniya) i uchityvaya processy vzaimodeistviya protonov vysokih energii s reliktovym izlucheniem pri ih rasprostranenii, mozhno rasschitat' ozhidaemyi spektr KL. Okazyvaetsya, ego mozhno legko "podognat'" pod nablyudaemye dannye, ne delaya nikakih ekstravagantnyh predpolozhenii. Avtory prihodyat k vyvodu, chto (1) GZK-zaval realen i (2) kosmicheskie gamma-vspleski yavlyayutsya istochnikom protonov sverhvysokih energii.

Ostaetsya vopros, pochemu zhe dannye razlichnyh eksperimentov ne soglasuyutsya drug s drugom. V etom meste avtory otmechayut, chto eksperimenty v Yakutske, HiRes i Fly's Eye (v sovmestnyh dannyh kotoryh otchetlivo viden GZK-zaval) na energiyah vyshe $10^{20}$ eV v summe imeyut ekspoziciyu, vtroe prevyshayushuyu ekspoziciyu AGASA. V etoi oblasti energii etimi eksperimentami zaregistrirovano 6 sobytii, i esli vstat' na tochku zreniya, chto oni izmeryayut "istinnyi" potok, to sleduet ozhidat' vsego $2\pm 0.8$ sobytiya v eksperimente AGASA, v to vremya kak soobshalos' o 8 sobytiyah (plyus eshe 2 sobytiya v dopolnitel'nyh neopublikovannyh ekspoziciyah). Eto raznoglasie ischezaet, esli "sdvinut'" tochki AGASA vniz po energiyam "vsego" na 25%. Takim obrazom, avtory stavyat pod somnenie absolyutnuyu energeticheskuyu kalibrovku sobytii AGASA. S drugoi storony, logichno predpolozhit' vernost' kalibrovki na "uverennyh" $10^{19}$ eV vo vseh eksperimentah. Togda pri lyubom vybore "standartnogo" eksperimenta na etih energiyah sdvig tochek AGASA okazyvaetsya men'she 20% dlya soglasovaniya dannyh vseh eksperimentov v predelah 2 sigma (t.e. s veroyatnost'yu okolo 95%).

Tak realen zhe GZK-zaval v spektre UHECR? Dlya okonchatel'nogo otveta na etot vopros, kak vsegda, nuzhny novye nablyudeniya. Ozhidaetsya, chto v techenie blizhaishih 2 let nachnet rabotat' proekt Auger, u kotorogo statistika sobytii na etih energiyah budet na poryadki vyshe. Chto zh, nam ostaetsya zakonchit' etu zametku slovami Ya.B. Zel'dovicha (so slov A.A. Starobinskogo): "Esli eksperiment podtverzhdaet teoriyu, eto priyatno. Esli ne podtverzhdaet -- eto interesno".

Na snimkah: . spektr kosmicheskih luchei sverhvysokih energii s dannymi AGASA, na kotorom ne vidno GZK-zavala, i tot zhe spektr s novymi dannymi HiRes (bez dannyh AGASA) , na kotorom etot zaval viden. Iz raboty Bahcall, Waxman hep-ph/0206217.

Publikacii s klyuchevymi slovami: kosmicheskie luchi - gamma-vspleski Publikacii so slovami: kosmicheskie luchi - gamma-vspleski
Sm. takzhe: Chastica s vysokoi energiei stalkivaetsya s Zemlei Rentgenovskie kol'ca vokrug gamma-vspleska Gamma-vsplesk GRB 221009A Kosmicheskie luchi iz Minnesoty GW170817: registraciya izlucheniya raznyh vidov ot yavleniya sliyaniya O proishozhdenii zolota Osnovnye teleskopy Zemli izuchayut GRB 130427A Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati