De mai bine de 60 de ani, oamenii de știință s-au confruntat cu un mister fascinant și evaziv: originea razelor cosmice de ultra-înaltă energie sau UHECR (ultra-high-energy cosmic ray). Aceste particule din zonele îndepărtate ale Universului au niveluri de energie mult peste cele mai puternice acceleratoare de particule ale noastre. Astăzi, o descoperire majoră ar putea oferi în sfârșit răspunsuri. Fizicianul Glennys Farrar de la Universitatea din New York a propus o nouă teorie care nu numai că aruncă lumină asupra originii acestor particule extreme, dar deschide și o nouă fereastră asupra celor mai violente evenimente din Univers.
Razele cosmice sunt particule subatomice (cum ar fi protonii sau nucleele atomice) care se deplasează cu viteze apropiate de viteza luminii. Dintre acestea, UHECR-urile sunt cele mai energice observate vreodată, atingând energii de milioane de ori mai mari decât cele produse de acceleratoarele de particule precum LHC (Large Hadron Collider) de la CERN. Cu toate acestea, în ciuda puterii lor fenomenale, originea lor rămâne unul dintre marile mistere ale astrofizicii. Oamenii de știință știu că aceste particule provin din fenomene cosmice extrem de violente, dar până acum, observațiile nu ne-au permis să identificăm cu certitudine sursa exactă a acestor raze cosmice ale unei astfel de energii. Aici intervine noua teorie a lui Glennys Farrar.
În prestigioasa jurnală Physical Review Letters, Glennys Farrar propune că UHECR-urile sunt produse în timpul fuziunii a două stele neutronice, un eveniment cataclismic care dă naștere unei găuri negre. În timpul acestei fuziuni, chiar înainte de formarea definitivă a găurii negre, fluxurile magnetice turbulente generate de rămășițele fuziunii ar acționa ca acceleratori imenși de particule. Acest proces generează, de asemenea, unde gravitaționale, vibrații ale spațiului-timp prezise de teoria relativității generale a lui Einstein și detectate pentru prima dată în 2015 de colaborările LIGO și Virgo. Simultaneitatea acestor unde gravitaționale și emisia UHECR deschide posibilitatea unor observații încrucișate, ceea ce ne permite să înțelegem mai bine aceste fenomene extreme.
Capacitatea teoriei lui Farrar de a explica două trăsături misterioase ale UHECR este deosebit de convingătoare:
Corelația strânsă dintre energia unui UHECR și sarcina sa electrică. Particulele cu încărcare mai mare interacționează diferit cu câmpurile magnetice cosmice și această relație observată sugerează un proces de accelerare precis, în concordanță cu fluxurile magnetice turbulente descrise în teorie.
Energia extraordinară a unor evenimente UHECR, mult peste ceea ce ar putea explica alte modele. Cu condițiile sale extreme, fuziunea stelelor neutronice ar oferi un mediu capabil să genereze aceste niveluri de energie.
Forța acestei noi teorii constă nu numai în originalitatea ei, ci și în capacitatea sa de a fi testată în mod concret. Glennys Farrar propune două căi de observație specifice pentru a-și valida ipoteza cu privire la originea razelor cosmice de foarte mare energie (UHECR). Prima pistă se bazează pe căutarea unor elemente rare rezultate din procesul r, un mecanism de creare a elementelor grele în timpul evenimentelor astrofizice extreme, cum ar fi fuziunea stelelor neutronice. Printre aceste elemente găsim xenonul sau telurul. Detectarea acestor elemente rare printre particulele UHECR ar întări considerabil legătura dintre aceste raze cosmice ultraenergetice și fuziunile stelelor neutronice. Acesta ar fi un indiciu puternic că aceste evenimente cataclismice sunt într-adevăr acceleratorii naturali responsabili pentru cele mai energice particule din Univers.
A doua pistă este și mai spectaculoasă: se bazează pe observarea în comun a două fenomene distincte, dar strâns legate. Pe de o parte, există neutrini de foarte mare energie, particule care sunt aproape nedetectabile, dar cruciale pentru înțelegerea proceselor violente din Univers și, pe de altă parte, undele gravitaționale. Conform teoriei lui Farrar, cele două semnale ar fi produse simultan în timpul fuziunii a două stele neutronice. Observarea în comun a acestor două fenomene în cadrul aceluiași eveniment astronomic ar oferi o dovadă directă și de necontestat a mecanismului propus.
Aceste două abordări deschid calea către experimente viitoare interesante, cu speranța de a dezvălui în sfârșit misterul celor mai energice particule din Univers.
Loading ...
