Տիեզերական ճառագայթներ. Տիեզերական ճառագայթներ՝ կազմը և ծագումը. Տիեզերական ճառագայթների մոդուլյացիայի ազդեցությունները

տիեզերական ճառագայթներ

Ի՞նչ են տիեզերական ճառագայթները:

Ճանապարհորդություն տիեզերքի անվերջ տարածություններով, ճանապարհին հանդիպելով բազմաթիվ անակնկալների և բոլոր տեսակի արտաքին ազդեցությունների: Եվ այդ ազդեցություններից մեկը տիեզերքի ճառագայթներն են:
տիեզերական ճառագայթներ - սրանք մասնիկներ են, որոնք ունեն և չունեն լիցք, որոնք համընդհանուր տարածություններից հասնում են Երկրի մակերևույթ՝ մնալով մեր մոլորակի օդային թաղանթում: Տիեզերական ճառագայթների ֆիզիկա դարձել է շատ խոստումնալից ապագա ունեցող տարածք: Քանի որ ուսումնասիրելով տիեզերական ճառագայթները՝ գիտնականները կարող են ավելի լավ հասկանալ այնտեղ տեղի ունեցող գործընթացները աստղեր , մեր և ոչ միայն Գալակտիկաներ . Նման հսկայական հնարավորությունները կկարողանան ապահովել մեզ տիեզերական ճառագայթներ .

Տիեզերական ճառագայթների ֆիզիկա և հայտնաբերման պատմություն

տիեզերական ճառագայթներ հայտնի է դարձել պատահաբար 1900 է) գազի իոնացման և էլեկտրահաղորդականության քանակությունը չափելիս՝ էլեկտրասկոպների միջոցով. Գերմանացի ֆիզիկոսներ Ջուլիուս Էլսթեր և Հանս Գայտել միմյանցից ինքնուրույն հայտնաբերեցին օդի իոնացման անհայտ բնական ծագումը:

Շոտլանդացի ֆիզիկոս Չարլզ Ուիլսոն Մեծ Բրիտանիայում գտնվելու և հետ աշխատելու ժամանակ իոնացման պալատ , եզրակացրել է, որ մուտքային ճառագայթումն այլմոլորակային պատճառ ունի։ Օգտագործելով պաշտպանված տեսախցիկ՝ Ուիլսոնը պարզեց, որ անհայտ ճառագայթման ներթափանցող հատկությունն ավելի ուժեղ է, քան ռենտգենյան ճառագայթներն ու գամմա ճառագայթները, և անվանեց այն։ ուլտրա-գամմա իոնացում .

Ցավոք, հետագա ուսումնասիրությունը տիեզերական ճառագայթներ մի փոքր դանդաղեցրեց այս ոլորտում ֆիզիկայի ուսումնասիրության գործընթացը: Էռնեստ Ռադերֆորդ , միևնույն ժամանակ բազմաթիվ փորձեր է կատարել դետեկտորի կապարով պաշտպանության վերաբերյալ և տվել դրա բացատրությունը՝ որպես շինանյութի գամմա ակտիվություն։ Հետագայում ամենազգայուն էլեկտրոմետրը տվեց արդյունքներ, որոնք ցույց տվեցին, որ իոնացումը պակասեց ջրային մարմինների վրա, և ենթադրվեց, որ այս իոնացումը գամմա սպեկտրում լիթոսֆերայի ռադիոակտիվության հետևանք է: Կարծում եմ, որ դա շատ ծիծաղելի է, ինչից է եկել տարածություն մեկնաբանվում է այնպես, կարծես աղբյուրը հողի մեջ է:
Գիտնականները շատ երկար ժամանակ հավաքում էին փորձարարական տվյալներ։ Նրանք փորձեր կատարեցին ինչպես ուղղակիորեն գետնի վրա, այնպես էլ բարձրության վրա, օրինակ՝ Էյֆելյան աշտարակի և օդապարիկի վրա։ Իսկ հատվածից հետո 25 տարիներ, մեջ 25 անցյալ դարի րդ տարում, գիտնական ֆիզիկ Ռոբերտ Միլիկեն Ամերիկայից իրականացրել են բարձրության վրա գտնվող ջրամբարներում բարձր ճառագայթման ջրի կլանման մի շարք չափումներ 3.6 և մոտ 2 -x կմ. Չափումների արդյունքում պարզվել է, որ ճառագայթում ուղղված օդի միջով:
Milliken առաջին անգամ անվանել այս երևույթը տիեզերական ճառագայթներ . Մենք սա կհամարենք որպես իրական բեկում այս երեւույթի ուսումնասիրության մեջ։ Բայց դեռ, տիեզերական ճառագայթների ծագումը գիտնականները չհասկացան. Ճառագայթների ըմբռնման գործում հսկայական ներդրում է ունեցել խորհրդային ֆիզիկոսը Դմիտրի Սկոբելցին . Նա փորձերի միջոցով հաստատել է, որ տիեզերական ճառագայթներ Սրանք մասնիկներ են, որոնք ունեն էլեկտրական լիցք և առաջացնում են օդում ցնցուղներ մասնիկներ. Հետագայում ցնցուղի տեսություն այս մասնիկները ուսումնասիրվում են ֆիզիկոսի կողմից Լև Լանդաու .
AT 36 անցյալ դարի տարի Վիկտոր Հեսս հայտնագործելու համար Նոբելյան մրցանակի է արժանացել տիեզերական ճառագայթներ . 24 անցան տարիներ, մինչև այս երևույթի հիմնարար արժեքը գիտակցվեց։ Այդ ժամանակ արդեն պարզ էր, որ տիեզերական ճառագայթներ դրանք շատ դեպքերում դրական լիցքով և շատ մեծ էներգիայով մասնիկներ են:
Ուսման շրջանը սկսած 30 -x դեպի 55 -ի դարաշրջան դարձավ հիմնարար մասնիկներ մեջ տիեզերական ճառագայթներ . Այն ժամանակ քայլ առ քայլ բացահայտվեց. պոզիտրոններ, մյուոններ, բիմեզոններ և այլն: Որքան ավելի հզոր էին արագացուցիչները, այնքան բարձրանում էր ֆիզիկայի էներգիայի ակտիվ շրջանը, ինչը հնարավորություն տվեց մանրամասն ուսումնասիրել երևույթները. տիեզերական ճառագայթներ . Այնուամենայնիվ, էներգիայի վերին սահմանները, որոնք տիեզերական ճառագայթներում այժմ են 3x10 20 էլեկտրոն վոլտերը, ինչպես նախկինում, մեծության կարգ են, քան լաբորատորիաներում գրանցված արդյունքները:

Օրինակ, գերազանցությունը հասկանալու համար ՏԱՆԿ (Մեծ հադրոնային կոլայդեր) մասնիկները արագանում են մինչև էներգիա 14x10 12 էլեկտրոն վոլտի աստիճանը, որը մոտ 10 մլն անգամ ավելի քիչ: Ի դեպ, հիշեք այն ժամանակահատվածը, երբ դա ասացին ՏԱՆԿ կառաջացնի սև խոռոչների առաջացում, ինչը կհանգեցնի մարդկության մահվան: Ինչպես հետևում է վերը նշվածից, մթնոլորտում շատ երկար ժամանակ տեղի են ունեցել իրադարձություններ, որոնք էներգետիկորեն ավելի հզոր են, քան ստեղծված են ՏԱՆԿ . Եվ դա չխանգարեց մարդկության զարգացմանը։ Կոսմոլուչի կարծես նրանք են բնական արագացուցիչներ«.
Ակնհայտ է, որ մեծ մասը տիեզերական ճառագայթներ թռչում է մեզ մոտ արև . Բայց ներս 1960 տարին Վ.Լ. Գինցբուրգ և S. I. Syrovatsky կարծիք հայտնեց, որ տիեզերական ճառագայթներ ծնվում են գալակտիկայում գերնոր աստղի պայթյունի ժամանակ: Իսկ արդեն ավելի ուշ 8 տարիներ, բարձր էներգիայի գամմա ճառագայթներ են հայտնաբերվում, որոնք գալիս են գալակտիկայից: Հետագայում գիտնականների տեսությունները մշակվեցին դիտարկման համար արտագալակտիկական հետքեր տիեզերական ճառագայթներ և երիտասարդ տիեզերքի մասնիկներ:
Բավական տիեզերական ճառագայթների պատմություն , քննարկենք ինչից կազմված են տիեզերական ճառագայթներից .

Տիեզերական ճառագայթների կազմը և ծագումը

Ինչպես նշվեց ավելի վաղ, միջոցով տիեզերական ճառագայթներ , էմպիրիկ կերպով գրանցել են այնպիսի մասնիկներ, ինչպիսիք են պոզիտրոն, մյուոն, բիմեզոն . Այնուամենայնիվ, ներսում տիեզերական ճառագայթներ այս մասնիկները շատ քիչ են: Մեծ մասը տիեզերական ճառագայթներ կազմում պրոտոններ , խոսքը գնում է 90% տիեզերքից եկող բոլոր ճառագայթներից: Մոտ 7% կազմում ալֆա մասնիկներ , այսինքն. հելիումի միջուկներ , և միայն մի փոքր մասը մոտ 1% այս միջուկները մեծության կարգով ավելի ծանր են, օրինակ. Ածխածին և երկաթ . Զարմանալիորեն, այդ «ծանր» միջուկները գալիս են գալակտիկաներ .
տիեզերական ճառագայթներ Մեր աստղից ժամանող բաղադրություն ունեն, շատ դեպքերում դրանք պրոտոններ են 98% . Ինչ տիեզերական ճառագայթներ Գալակտիկայից բաղկացած են ծանր միջուկներից, տարրականորեն բացատրվում է, որ դրանք ծնվում են առաջացման (պայթյունի) արդյունքում։ գերնոր աստղեր .
Իմիջայլոց, տիեզերական ճառագայթներ հաստատվել է ՀԵՏՈ (Հարաբերականության տեսություն ) Ինչն է դա ավելի կարևոր դարձնում տիեզերական ճառագայթներ .
Երբ պրոտոն փոխազդում է երկրագնդի մթնոլորտի հետ մասնիկների ցնցուղ . Դիտարկենք այս երեւույթը ավելի մանրամասն: Երբ ենթարկվում է տիեզերական ճառագայթներ օդային գազերի ատոմային միջուկների մեջ, շատ դեպքերում՝ միջուկներով N 2 և O2 , առաջնային տիեզերական ճառագայթներ , որպես կանոն, առաջացնում են մեծ թվով երկրորդական մասնիկներ իոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ, մյուոններ, էլեկտրոններ, պոզիտրոններ և ֆոտոններ . Այս առվակը հսկայական տարածք ունի և կոչվում է մեծ մթնոլորտային ցնցուղ . Մեկ փոխազդեցության համար պրոտոնը, որպես կանոն, զիջում է իր էներգետիկ ներուժի մոտ կեսը։ Այս ակտի արդյունքում շատ դեպքերում ծնվում են peonies . Առաջնային մասնիկի յուրաքանչյուր հաջորդ գործողություն ստեղծում է նոր մասնիկների հոսք, որոնք կպչում են առաջնային մասնիկի հետագծին՝ ստեղծելով. ցնցուղ . Ստեղծվել է peonies որպես կանոն, դրանք ազդում են օդի ատոմային միջուկների վրա, բայց կարող են նաև ոչնչացվել՝ ստեղծելով մյուոնիկ և էլեկտրոն-ֆոտոնիկ հոսքի բաղադրիչներ. Արդյունքում, մասնիկների միջուկները, ի վերջո, չեն հասնում երկիր՝ «վերամարմնավորվելով»: մյուոններ, նեյտրինոներ և գամմա ճառագայթներ .

Տիեզերական ճառագայթների հայտնաբերում

Ինչպե՞ս են հայտնաբերվում տիեզերքից եկող ճառագայթները և ի՞նչ տվյալներ են ցանկանում ստանալ գիտնականները այս երևույթից:

Որովհետեւ էներգիայի սպեկտրը տիեզերական ճառագայթներ հսկայական դուրս 10 6 նախքան 10 20 էլեկտրոն-վոլտ , դրանց հայտնաբերման և մոնիտորինգի մեթոդները չափազանց բազմազան են։ Օրինակ, սրանք հսկայական տարածքի վերգետնյա կառույցներ են մեծ օդային կասկադների հայտնաբերման համար ( ցնցուղներ ) Այս կառույցները կարող են հետքեր բացահայտել տիեզերական ճառագայթներ , երկնքի լայն հատվածով դիտարկվում է։ Այս դետեկտորները կարող են աշխատել ավելի վաղ 90% ժամանակ. Ցավոք, այս կառույցները շատ զգայուն են ֆոնային ճառագայթում , և երբեմն շատ դժվար է տարբերակել տիեզերքից ժամանած մասնիկներն ու երկրային մասնիկները։

Չերենկովյան ճառագայթում
Գրանցվելու մեկ այլ միջոց է օգտագործել Չերենկովյան ճառագայթում . Երբ որոշ մասնիկներ, ինչպիսիք են տիեզերական մասնիկները, ավելի արագ են շարժվում լույսի արագություն ինչ-որ միջավայրում, հայտնվում է ճառագայթում կանչեց Չերենկով , որը հայտնաբերվում է. Այս աստղադիտակները, չնայած նրանք կարող են կատարելապես տարբերակել ֆոնային ռադիոակտիվությունը և տիեզերական ճառագայթներ , բայց դրանք գործում են միայն գիշերային պարզ եղանակին, երբ երկնքում լուսին չկա և ունեն փոքր տեսադաշտ։ Իսկ նման աստղադիտակները կարող են կարճ ժամանակով ուսումնասիրել։

Veritas աստղադիտակ
Չերենկովյան ճառագայթումը հայտնաբերող ամենահայտնի աստղադիտակն է Veritas և Ունի . Աստղադիտակները հայտնաբերում են գամմա ճառագայթում , այսինքն. Չերենկով. Նրանք կարողացան հսկայական ներդրում ունենալ պուլսարների, քվազարների, աստղային կուտակումների, գամմա ճառագայթների պայթյունների և ուսումնասիրության մեջ տիեզերական ճառագայթների ծագումը , որը գտնվում է գալակտիկայից և գերզանգվածային սև խոռոչից դուրս, որը Ծիր Կաթինի կենտրոնն է։
Գրանցվելու այլ եղանակներ կան տիեզերական ճառագայթներ , ինչպես նաև դրանց պատճառած հետևանքները, բայց դրանք բոլորը կապված են միայն ինչ-որ նյութի ազդեցության հետ՝ լինի դա պլաստիկ, ազոտ, թե գերհագեցած ջրային գոլորշի և այլն։

Տիեզերական ճառագայթների օգտագործումը

Կա՞ տիեզերական ճառագայթների գործնական կիրառություն։

Եգիպտոսի բուրգեր
Միանշանակ այո։ Օրինակ՝ կառուցվածքների ուսումնասիրությունը Եգիպտական ​​բուրգեր . Բացահայտման գործընթացում տիեզերական ճառագայթներ մթնոլորտի վրա, ինչպես նշվեց վերևում, հայտնվում են մյուոններ . Եվ օգնությամբ մյուոնային ռադիոգրաֆիա կամ, ինչպես նշված է «Բնական» , գիտնականները կարողացել են «տեսնել» բուրգերի դեռ չուսումնասիրված դատարկությունները։ Ընդհանուր առմամբ, սա հուշում է, որ ս.թ հիմնարար մասնիկների ֆիզիկա և տիեզերական ճառագայթներ կկարողանա նոր բացահայտումներ անել հնագիտության մեջ։

Նեյտրինո
Բայց եկեք ավելի լայն նայենք այս երեւույթին: Իրականում, տիեզերական ճառագայթներ ծառայել որպես այս «անորսալի» աղբյուրներ նեյտրինո անհանգստացնելով գիտական ​​աշխարհը. Ամենայն հավանականությամբ, տիեզերական ճառագայթներ կարող է մեզ տեղեկություններ տալ նման մասին տեսական» մասնիկները նման մագնիսական մոնոպոլներ կամ գրավիտոններ , որը մենք դեռ չենք կարողանում հետաքննել՝ մեր ժամանակակից արագացուցիչներով անհրաժեշտ պայմաններ ստեղծելու անկարողության պատճառով։ Բացի այդ, ֆոնային ճառագայթում սա սորտերից մեկն է տիեզերական ճառագայթներ . Իսկ դրսեւորման հետեւանք են նաեւ հյուսիսափայլերը տիեզերական ճառագայթներ .

Տիեզերական ճառագայթները (ճառագայթումը) մասնիկներ են, որոնք լցնում են միջաստղային տարածությունը և անընդհատ ռմբակոծում Երկիրը։ Դրանք հայտնաբերվել են 1912 թվականին ավստրիացի ֆիզիկոս Հեսսի կողմից՝ օգտագործելով օդապարիկի իոնացման խցիկը։ Տիեզերական ճառագայթների առավելագույն էներգիաները 10 21 էՎ են, այսինքն. մեծության շատ կարգեր ավելի բարձր են, քան ժամանակակից արագացուցիչներին հասանելի էներգիաները (10 12 էՎ): Ուստի տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրությունը կարևոր դեր է խաղում ոչ միայն տիեզերական ֆիզիկայում, այլև տարրական մասնիկների ֆիզիկայում։ Մի շարք տարրական մասնիկներ առաջին անգամ հայտնաբերվել են հենց տիեզերական ճառագայթներում (պոզիտրոն - Անդերսոն, 1932; մյուոն () - Նեդդերմեյեր և Անդերսոն, 1937; պիոն () - Փաուել, 1947): Թեև տիեզերական ճառագայթների կազմը ներառում է ոչ միայն լիցքավորված, այլև չեզոք մասնիկներ (հատկապես բազմաթիվ ֆոտոններ և նեյտրինոներ), լիցքավորված մասնիկները սովորաբար կոչվում են տիեզերական ճառագայթներ։

Տիեզերական ճառագայթները քննարկելիս պետք է հստակեցնել, թե որ ճառագայթների մասին է խոսքը։ Կան տիեզերական ճառագայթների հետևյալ տեսակները.

1. Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթներ - տիեզերական մասնիկներ, որոնք Երկիր են գալիս մեր Գալակտիկայի աղիքներից: Դրանք չեն ներառում Արեգակի կողմից առաջացած մասնիկները։

2. արեգակնային տիեզերական ճառագայթներ Արեգակի կողմից առաջացած տիեզերական մասնիկներ են:

Երկիրը ռմբակոծող գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների հոսքը մոտավորապես իզոտրոպ է և ժամանակի ընթացքում հաստատուն և կազմում է 1 մասնիկ/սմ 2 վրկ (մինչև Երկրի մթնոլորտ մտնելը): Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների էներգիայի խտությունը 1 էՎ/սմ 3 է, որը համեմատելի է աստղերի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման, միջաստղային գազի ջերմային շարժման և գալակտիկական մագնիսական դաշտի ընդհանուր էներգիայի հետ։ Այսպիսով, տիեզերական ճառագայթները Գալակտիկայի կարևոր բաղադրիչն են:

Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների կազմը.

Միջուկային բաղադրիչ- 93% պրոտոններ, 6,5% հելիումի միջուկներ,<1% более тяжелых ядер (т.е. отвечает распространенности ядер во Вселенной).

Էլեկտրոններ.Նրանց թիվը կազմում է միջուկների թվի 1%-ը։

Պոզիտրոններ.Նրանց թիվը կազմում է էլեկտրոնների թվի 10%-ը։

հակահադրոններ 1%-ից պակաս են։

Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների էներգիաները ընդգրկում են հսկայական տիրույթ՝ առնվազն 15 կարգի մեծության (10 6 -10 21 էՎ): Դրանց հոսքը E>10 9 eV ունեցող մասնիկների համար արագորեն նվազում է էներգիայի աճով: Միջուկային բաղադրիչի էներգետիկ սպեկտրը, բացառելով ցածր էներգիաները, ենթարկվում է արտահայտությանը

n(E) = n o E - , (15.5)

որտեղ n o-ն հաստատուն է, իսկ E-ում՝ 2,7<10 15 ýÂ è 3.1-3.2 ïðè E>10 15 էՎ. Միջուկային բաղադրիչի էներգետիկ սպեկտրը ներկայացված է Նկար 15.6-ում:

Գերբարձր էներգիայի մասնիկների հոսքը չափազանց փոքր է: Այսպիսով, միջին հաշվով 10 20 էՎ էներգիայով ոչ ավելի, քան մեկ մասնիկ ընկնում է տարեկան 10 կմ 2 տարածքի վրա: >10 9 էՎ էներգիա ունեցող էլեկտրոնների սպեկտրի բնույթը նման է Նկար 15.6-ում ցուցադրվածին: Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների հոսքը չի փոխվել առնվազն 1 միլիարդ տարի:

Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթներն ակնհայտորեն ոչ ջերմային ծագում ունեն։ Իսկապես, առավելագույն ջերմաստիճանը (10 9 Կ) հասնում է աստղերի կենտրոնում: Այս դեպքում մասնիկների ջերմային շարժման էներգիան 10 5 էՎ է։ Միևնույն ժամանակ, Երկրի մերձակայքում հասնող գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների մասնիկները հիմնականում ունեն էներգիա >10 8 ýÂ:

Բրինձ. 15.6. Տիեզերքի միջուկային բաղադրիչի էներգետիկ սպեկտրը

ճառագայթներ. Էներգիան տրվում է զանգվածային համակարգի կենտրոնում։

Կան լավ հիմքեր ենթադրելու, որ տիեզերական ճառագայթները առաջանում են հիմնականում գերնոր աստղերի պայթյունների արդյունքում (տիեզերական ճառագայթների այլ աղբյուրներ են պուլսարները, ռադիոգալակտիկաները, քվազարները): Մեր Գալակտիկայում գերնոր աստղերի պայթյունները տեղի են ունենում միջինում առնվազն 100 տարին մեկ անգամ: Հեշտ է հաշվարկել, որ տիեզերական ճառագայթների դիտարկվող էներգիայի խտությունը (1 էՎ/սմ 3) պահպանելու համար բավական է դրանց փոխանցել պայթյունի հզորության միայն մի քանի տոկոսը։ Պրոտոնները, ավելի ծանր միջուկները, էլեկտրոնները և պոզիտրոնները, որոնք արտանետվում են գերնոր աստղերի պայթյունների ժամանակ, հետագայում արագանում են հատուկ աստղաֆիզիկական գործընթացներում (որոնք կքննարկվեն ստորև)՝ ձեռք բերելով տիեզերական ճառագայթներին բնորոշ էներգիայի բնութագրեր:

Տիեզերական ճառագայթների բաղադրության մեջ մետագալակտիկական ճառագայթներ գործնականում չկան. դրսից թակարդված մեր գալակտիկայում: Տիեզերական ճառագայթների բոլոր դիտարկված հատկությունները կարելի է բացատրել այն հիմքով, որ դրանք ձևավորվել, կուտակվել և երկար ժամանակ պահպանվել են մեր Գալակտիկայում՝ դանդաղ հոսելով միջգալակտիկական տարածություն: Եթե ​​տիեզերական մասնիկները շարժվեին ուղիղ գծով, ապա նրանք կհեռանային Գալակտիկայից իրենց ծագումից մի քանի հազար տարի անց: Նման արագ արտահոսքը կհանգեցներ անփոխարինելի կորուստների և տիեզերական ճառագայթների ինտենսիվության կտրուկ նվազմանը։

Իրականում, միջաստղային մագնիսական դաշտի առկայությունը դաշտային գծերի խիստ խճճված կոնֆիգուրացիայով լիցքավորված մասնիկներին ստիպում է շարժվել բարդ հետագծերով (այս շարժումը նման է մոլեկուլների դիֆուզիային)՝ հազարավոր անգամներ ավելացնելով այդ մասնիկների բնակության ժամանակը Գալակտիկայում։ . Տիեզերական ճառագայթների մասնիկների հիմնական զանգվածի տարիքը գնահատվում է տասնյակ միլիոնավոր տարիներ։ Գերբարձր էներգիաների տիեզերական մասնիկները թույլ են շեղվում գալակտիկական մագնիսական դաշտից և համեմատաբար արագ հեռանում են Գալակտիկայից: Սա կարող է բացատրել տիեզերական ճառագայթների սպեկտրի ընդմիջումը 310 15 ý էներգիայով:

Շատ հակիրճ անդրադառնանք տիեզերական ճառագայթների արագացման խնդրին։ Տիեզերական ճառագայթների մասնիկները շարժվում են հազվագյուտ և էլեկտրականորեն չեզոք տիեզերական պլազմայում: Այն չունի զգալի էլեկտրաստատիկ դաշտեր, որոնք կարող են արագացնել լիցքավորված մասնիկները՝ հետագծի տարբեր կետերի պոտենցիալ տարբերության պատճառով։ Բայց պլազմայում կարող են առաջանալ ինդուկցիայի և իմպուլսային տեսակների էլեկտրական դաշտեր: Այսպիսով, ինդուկցիոն (պտույտ) էլեկտրական դաշտը հայտնվում է, ինչպես հայտնի է, ժամանակի ընթացքում մագնիսական դաշտի ուժգնության աճով (այսպես կոչված, բետատրոնի էֆեկտ): Մասնիկների արագացումը կարող է պայմանավորված լինել նաև նրանց փոխազդեցությամբ պլազմային ալիքների էլեկտրական դաշտի հետ պլազմայի ինտենսիվ տուրբուլենտություն ունեցող շրջաններում։ Գոյություն ունեն արագացման այլ մեխանիզմներ, որոնց մասին մենք չենք կարող անդրադառնալ այս ընթացքում։ Ավելի մանրամասն ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ առաջարկվող արագացման մեխանիզմները կարող են ապահովել գերնոր աստղերի պայթյունների ժամանակ արտանետվող լիցքավորված մասնիկների էներգիան 10 5-ից մինչև 10 21 ý:

Արեգակի կողմից արձակված լիցքավորված մասնիկները՝ արևային տիեզերական ճառագայթները, Երկիրը ռմբակոծող տիեզերական ճառագայթման շատ կարևոր բաղադրիչ: Այս մասնիկները արագանում են դեպի բարձր էներգիաներ Արեգակի մթնոլորտի վերին հատվածում արեգակնային բռնկումների ժամանակ։ Արեգակնային բռնկումները ենթակա են որոշակի ժամանակային ցիկլերի: Ամենահզորը կրկնվում է 11 տարի ժամկետով, պակաս հզորը՝ 27 օր ժամկետով։ Արեգակնային հզոր բռնկումները կարող են մեծացնել տիեզերական ճառագայթների հոսքը Երկրի վրա Արեգակի ուղղությամբ 106-ով` համեմատած գալակտիկականի հետ:

Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների համեմատ արեգակնային տիեզերական ճառագայթները պարունակում են ավելի շատ պրոտոններ (բոլոր միջուկների մինչև 98-99%) և, համապատասխանաբար, ավելի քիչ հելիումի միջուկներ (1,5%): Դրանցում այլ միջուկներ գործնականում չկան։ Արեգակնային տիեզերական ճառագայթներում Z2-ով միջուկների պարունակությունը արտացոլում է արեգակնային մթնոլորտի կազմը։ Արեգակնային տիեզերական ճառագայթների մասնիկների էներգիաները տատանվում են 10 5 -10 11 էՎ միջակայքում: Դրանց էներգիայի սպեկտրը ունի հզորության ֆունկցիայի ձև (15.5), որտեղ - նվազում է 7-ից մինչև 2, քանի որ էներգիան նվազում է:

Տիեզերական ճառագայթների վերը նշված բոլոր բնութագրերը վերաբերում են տիեզերական մասնիկներին մինչև Երկրի մթնոլորտ մտնելը, այսինքն. այսպես կոչվածին առաջնային տիեզերական ճառագայթում. Մթնոլորտային միջուկների (հիմնականում թթվածնի և ազոտի) հետ փոխազդեցության արդյունքում առաջնային տիեզերական ճառագայթների բարձր էներգիայի մասնիկները (հիմնականում պրոտոնները) ստեղծում են մեծ թվով երկրորդական մասնիկներ՝ հադրոններ (պիոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ, հականուկլեոններ և այլն), լեպտոններ։ (մյուոններ, էլեկտրոններ, պոզիտրոններ, նեյտրինոներ) և ֆոտոններ։ Զարգանում է բարդ բազմաստիճան կասկադային գործընթաց։ Երկրորդական մասնիկների կինետիկ էներգիան հիմնականում ծախսվում է մթնոլորտի իոնացման վրա։

Երկրի մթնոլորտի հաստությունը մոտ 1000 գ/սմ2 է։ Միևնույն ժամանակ, օդում բարձր էներգիայի պրոտոնների միջակայքը կազմում է 70-80 գ/սմ 2, իսկ հելիումի միջուկներինը՝ 20-30 գ/սմ 2: Այսպիսով, բարձր էներգիայի պրոտոնը կարող է բախվել մինչև 15 բախում մթնոլորտի միջուկների հետ, և առաջնային պրոտոնի համար ծովի մակարդակին հասնելու հավանականությունը չափազանց փոքր է: Առաջին բախումը սովորաբար տեղի է ունենում 20 կմ բարձրության վրա:

Լեպտոնները և ֆոտոնները հայտնվում են երկրորդական հադրոնների (հիմնականում պիոնների) թույլ և էլեկտրամագնիսական քայքայման և միջուկների Կուլոնյան դաշտում քվանտներով e - e + - զույգերի ստեղծման արդյունքում.

միջուկ + միջուկ + e - + e + .

Այսպիսով, մեկ առաջնային մասնիկի փոխարեն առաջանում են մեծ թվով երկրորդական մասնիկներ, որոնք բաժանվում են հադրոն, մյուոն և էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչներ։ Մասնիկների թվի ավալանշի նման աճը կարող է հանգեցնել նրան, որ կասկադի առավելագույն դեպքում դրանց թիվը կարող է հասնել 10 6 -10 9 (առաջնային պրոտոնի էներգիայի դեպքում >10 14 էՎ): Նման կասկադը ընդգրկում է մեծ տարածք (շատ քառակուսի կիլոմետր) և կոչվում է ընդարձակ օդային ցնցուղ(Նկար 15.7):

Առավելագույն չափի հասնելուց հետո կասկադը քայքայվում է հիմնականում մթնոլորտի իոնացման համար էներգիայի կորստի պատճառով։ Երկրի մակերեսին հասնում են հիմնականում հարաբերական մյուոնները։ Էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչն ավելի ուժեղ է ներծծվում, իսկ կասկադի հադրոնային բաղադրիչը գրեթե ամբողջությամբ «մեռնում է»։ Ընդհանուր առմամբ, տիեզերական ճառագայթների մասնիկների հոսքը ծովի մակարդակում մոտ 100 անգամ պակաս է առաջնային տիեզերական ճառագայթների հոսքից՝ կազմելով մոտ 0,01 մասնիկ/սմ2 վրկ։

տիեզերական ճառագայթներ
Տիեզերական ճառագայթներ

տիեզերական ճառագայթներ (տիեզերական ճառագայթում) - մասնիկներ, որոնք լրացնում են միջաստղային տարածությունը և անընդհատ ռմբակոծում Երկիրը: Դրանք հայտնաբերվել են 1912 թվականին ավստրիացի ֆիզիկոս Վ. Հեսսի կողմից՝ օգտագործելով օդապարիկի իոնացման խցիկը։ Տիեզերական ճառագայթների առավելագույն էներգիաները ~3 են։ 10 20 eV, այսինքն. մի քանի կարգով ավելի մեծ, քան ժամանակակից բախվող ճառագայթների արագացուցիչներին հասանելի էներգիաները (Tevatron-ի առավելագույն համարժեք էներգիան ~2,10 15 էՎ է, LHC-ը՝ մոտ 10 17 էՎ): Ուստի տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրությունը կարևոր դեր է խաղում ոչ միայն տիեզերական ֆիզիկայում, այլև տարրական մասնիկների ֆիզիկայում։ Մի շարք տարրական մասնիկներ առաջինն էին
հայտնաբերվել է հենց տիեզերական ճառագայթներում (պոզիտրոն - K.D. Anderson, 1932; մյուոն (μ) - K.D. Anderson and S. Neddermeyer, 1937; պիոն (π) - S.F. Powell, 1947 թ.): Թեև տիեզերական ճառագայթների կազմը ներառում է ոչ միայն լիցքավորված, այլև չեզոք մասնիկներ (հատկապես բազմաթիվ ֆոտոններ և նեյտրինոներ), լիցքավորված մասնիկները սովորաբար կոչվում են տիեզերական ճառագայթներ։
Առանձնացվում են տիեզերական ճառագայթների հետևյալ տեսակները (նկ. 1).

1. Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթներտիեզերական մասնիկներ են, որոնք Երկիր են գալիս մեր գալակտիկայից: Դրանք չեն ներառում Արեգակի կողմից առաջացած մասնիկները։
2. արեգակնային տիեզերական ճառագայթներԱրեգակի կողմից առաջացած տիեզերական մասնիկներ են:

Բացի տիեզերական ճառագայթների այս երկու հիմնական տեսակներից, կարելի է նաև հաշվի առնել մետագալակտիկական տիեզերական ճառագայթներ - տիեզերական մասնիկներ, որոնք ծագում են մեր գալակտիկայից դուրս: Նրանց ներդրումը տիեզերական ճառագայթների ընդհանուր հոսքի մեջ փոքր է:
Տիեզերական ճառագայթները, որոնք չեն աղավաղվում Երկրի մթնոլորտի հետ փոխազդեցությամբ, կոչվում են առաջնային. Երկիրը ռմբակոծող գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների հոսքը մոտավորապես իզոտրոպ է և ժամանակի ընթացքում հաստատուն և կազմում է ~1 մասնիկ/սմ 2. վ (մինչև Երկրի մթնոլորտ մտնելը): Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների էներգիայի խտությունը ~1 էՎ/սմ 3 է, որը համեմատելի է աստղերի էլեկտրամագնիսական ճառագայթման ընդհանուր էներգիայի, միջաստղային գազի ջերմային շարժման և գալակտիկական մագնիսական դաշտի հետ։ Այսպիսով, տիեզերական ճառագայթները Գալակտիկայի կարևոր բաղադրիչն են:
Տիեզերական ճառագայթների բաղադրությունը տրված է աղյուսակում։

Ձախ 2-րդ նկարը ցույց է տալիս առաջնային տիեզերական ճառագայթների հիմնական բաղադրիչների էներգետիկ սպեկտրները: Նկար 2-ի աջ կողմում ներկայացված են տիեզերական ճառագայթների հիմնական բաղադրիչների ուղղահայաց հոսքերը Երկրի մթնոլորտում >1 ԳեՎ էներգիայով: Բացի պրոտոններից և էլեկտրոններից, բոլոր մասնիկները առաջացել են առաջնային տիեզերական ճառագայթների փոխազդեցության արդյունքում մթնոլորտի միջուկների հետ։

Մթնոլորտի միջուկների հետ փոխազդեցության արդյունքում առաջնային տիեզերական ճառագայթները (հիմնականում պրոտոնները) ստեղծում են մեծ թվով երկրորդական մասնիկներ՝ պիոններ, պրոտոններ, նեյտրոններ, մյուոններ, էլեկտրոններ, պոզիտրոններ և ֆոտոններ։ Այսպիսով, մեկ առաջնային մասնիկի փոխարեն առաջանում են մեծ թվով երկրորդական մասնիկներ, որոնք բաժանվում են հադրոնային, մյուոնային և էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչների։ Նման կասկադը ընդգրկում է մեծ տարածք և կոչվում է ընդարձակ օդային ցնցուղ .
Փոխազդեցության մեկ գործողության ժամանակ պրոտոնը սովորաբար կորցնում է իր էներգիայի ~50%-ը, և փոխազդեցության արդյունքում առաջանում են հիմնականում պիոններ։ Առաջնային մասնիկի յուրաքանչյուր հաջորդ փոխազդեցություն կասկադին ավելացնում է նոր հադրոններ, որոնք թռչում են հիմնականում առաջնային մասնիկի ուղղությամբ՝ կազմելով ցնցուղի հադրոնային միջուկը։
Ստացված պիոնները կարող են փոխազդել մթնոլորտի միջուկների հետ կամ կարող են քայքայվել՝ ձևավորելով ցնցուղի մյուոն և էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչներ։ Հադրոնային բաղադրիչը գործնականում չի հասնում Երկրի մակերեսին, քայքայման արդյունքում վերածվում է մյուոնների, նեյտրինոների և γ-քվանտների։

π 0 → 2γ,
π + (կամ K +) → μ + + ν μ,
π - (կամ K -) → μ - + μ,
K+,–,0 → 2π,
μ + → e + + ν e + μ,
μ – → e – + e + ν μ .

Չեզոք պիոնների քայքայման ժամանակ առաջացած -քվանտան առաջացնում է էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգեր և հետագա սերունդների քվանտներ: Լիցքավորված լեպտոնները կորցնում են էներգիան իոնացման և ճառագայթային արգելակման պատճառով: Երկրի մակերեսին հիմնականում հասնում են հարաբերական մյուոնները։ Էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչն ավելի ուժեղ է ներծծվում։
10 14 էՎ էներգիայով մեկ պրոտոն կարող է ստեղծել 10 6 -10 9 երկրորդական մասնիկ։ Երկրի մակերևույթի վրա ցնցուղային հադրոնները կենտրոնացած են մի քանի մետրի կարգի տարածաշրջանում, էլեկտրոն-ֆոտոն բաղադրիչը՝ ~100 մ, իսկ մյուոնային բաղադրիչը՝ մի քանի հարյուր մետր:
Տիեզերական ճառագայթների հոսքը ծովի մակարդակում (~0,01 սմ -2 վ -1) մոտավորապես 100 անգամ պակաս է առաջնային տիեզերական ճառագայթների հոսքից։
Տիեզերական առաջնային ճառագայթների հիմնական աղբյուրներն են գերնոր աստղերի պայթյունները (գալակտիկական տիեզերական ճառագայթներ) և Արեգակը։ Մեծ էներգիաներ
(մինչև 10 16 էՎ) գալակտիկական տիեզերական ճառագայթները բացատրվում են գերնոր աստղերի պայթյունների ժամանակ առաջացած հարվածային ալիքների վրա մասնիկների արագացմամբ։ Գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների բնույթը դեռ միանշանակ մեկնաբանություն չունի։

Գրեթե հարյուր տարի է անցել տիեզերական ճառագայթների հայտնաբերումից՝ լիցքավորված մասնիկների հոսքեր, որոնք գալիս են Տիեզերքի խորքերից: Այդ ժամանակից ի վեր տիեզերական ճառագայթման հետ կապված բազմաթիվ բացահայտումներ են արվել, սակայն դեռ շատ առեղծվածներ կան։ Դրանցից մեկը, թերևս, ամենահետաքրքիրն է. որտեղի՞ց են գալիս 1020 էՎ-ից ավելի էներգիա ունեցող մասնիկները, այսինքն՝ գրեթե միլիարդ տրիլիոն էլեկտրոն վոլտ, միլիոն անգամ ավելի, քան կստացվի ամենահզոր արագացուցիչում՝ Մեծ հադրոնում։ Collider LHC? Ո՞ր ուժերն ու դաշտերն են արագացնում մասնիկները դեպի այդպիսի հրեշավոր էներգիաներ:

Տիեզերական ճառագայթները հայտնաբերվել են ավստրիացի ֆիզիկոս Վիկտոր Հեսսի կողմից 1912 թվականին։ Նա Վիեննայի Ռադիումի ինստիտուտի անդամ էր և հետազոտություններ էր կատարում իոնացված գազերի վերաբերյալ։ Այդ ժամանակ արդեն հայտնի էր, որ բոլոր գազերը (ներառյալ մթնոլորտը) միշտ փոքր-ինչ իոնացված են, ինչը վկայում է ռադիոակտիվ նյութի (ինչպես ռադիումի) առկայության մասին՝ կա՛մ գազի բաղադրության մեջ, կա՛մ իոնացումը չափող գործիքի մոտ, ամենայն հավանականությամբ: երկրակեղևում։ Օդապարիկում իոնացման դետեկտորը բարձրացնելու փորձերը նախատեսված էին այս ենթադրությունը ստուգելու համար, քանի որ գազի իոնացումը պետք է նվազի երկրի մակերևույթից հեռավորության հետ: Պատասխանը հակառակն էր՝ Հեսը հայտնաբերեց ինչ-որ ճառագայթում, որի ինտենսիվությունը աճում էր բարձրության հետ։ Սա ենթադրում էր, որ այն գալիս է տիեզերքից, սակայն ճառագայթների այլմոլորակային ծագումը վերջնականապես հնարավոր եղավ ապացուցել միայն բազմաթիվ փորձարկումներից հետո (Վ. Հեսը Նոբելյան մրցանակի է արժանացել միայն 1936 թվականին)։ Հիշեցնենք, որ «ճառագայթում» տերմինը չի նշանակում, որ այդ ճառագայթներն իրենց բնույթով զուտ էլեկտրամագնիսական են (ինչպես արևի լույսը, ռադիոալիքները կամ ռենտգենյան ճառագայթները); այն օգտագործվել է մի երևույթի բացահայտման համար, որի բնույթը դեռ հայտնի չէր: Եվ չնայած շուտով պարզ դարձավ, որ տիեզերական ճառագայթների հիմնական բաղադրիչը արագացված լիցքավորված մասնիկներն են՝ պրոտոնները, տերմինը պահպանվել է։ Նոր երևույթի ուսումնասիրությունը արագ սկսեց տալ արդյունքներ, որոնք սովորաբար վերագրվում են «գիտության ամենաարդյունավետին»:

Շատ բարձր էներգիայի տիեզերական մասնիկների հայտնաբերումը անմիջապես (պրոտոնային արագացուցիչի ստեղծումից շատ առաջ) հարց առաջացրեց. ո՞րն է աստղաֆիզիկական օբյեկտներում լիցքավորված մասնիկների արագացման մեխանիզմը: Այսօր մենք գիտենք, որ պատասխանը ոչ տրիվիալ է. բնական, «տիեզերական» արագացուցիչը սկզբունքորեն տարբերվում է տեխնածին արագացուցիչներից:

Շուտով պարզ դարձավ, որ տիեզերական պրոտոնները, թռչելով նյութի միջով, փոխազդում են նրա ատոմների միջուկների հետ՝ առաջացնելով նախկինում անհայտ անկայուն տարրական մասնիկներ (դրանք դիտվել են հիմնականում Երկրի մթնոլորտում)։ Դրանց արտադրության մեխանիզմի ուսումնասիրությունը բեղմնավոր ճանապարհ է բացել տարրական մասնիկների սիստեմատիկա կառուցելու համար։ Լաբորատորիայում պրոտոններն ու էլեկտրոնները սովորեցին արագացնել և ստանալ իրենց հսկայական հոսքերը՝ անհամեմատ ավելի խիտ, քան տիեզերական ճառագայթները։ Ի վերջո, արագացուցիչներում էներգիա ստացած մասնիկների փոխազդեցության փորձերն հանգեցրին միկրոաշխարհի ժամանակակից պատկերի ստեղծմանը:

1938 թվականին ֆրանսիացի ֆիզիկոս Պիեռ Օժերը հայտնաբերեց մի ուշագրավ երևույթ՝ երկրորդական տիեզերական մասնիկների հեղեղներ, որոնք առաջանում են առաջնային պրոտոնների և ծայրահեղ բարձր էներգիաների միջուկների փոխազդեցության արդյունքում մթնոլորտի ատոմների միջուկների հետ։ Պարզվել է, որ տիեզերական ճառագայթների սպեկտրում կան 1015-1018 էՎ կարգի էներգիա ունեցող մասնիկներ՝ միլիոնավոր անգամ ավելի, քան լաբորատորիայում արագացված մասնիկների էներգիան։ Ակադեմիկոս Դմիտրի Վլադիմիրովիչ Սկոբելցինը հատկապես կարևորեց նման մասնիկների ուսումնասիրությունը և պատերազմից անմիջապես հետո՝ 1947 թվականին, իր մերձավոր գործընկերների՝ Գ.Տ. Զացեպինի և Ն.Ա. (EAS) . Տիեզերական ճառագայթների առաջին ուսումնասիրությունների պատմությունը կարելի է գտնել Ն.Դոբրոտինի և Վ.Ռոսսիի գրքերում։ Ժամանակի ընթացքում Դ.Վ.Սկոբելցինի դպրոցը վերածվեց աշխարհի ամենաուժեղներից մեկի և երկար տարիներ որոշեց գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրության հիմնական ուղղությունները: Դրա մեթոդները հնարավորություն են տվել ընդլայնել ուսումնասիրված էներգիաների շրջանակը օդապարիկների և արբանյակների վրա գրանցված 109-1013 էՎ-ից մինչև 1013-1020 էՎ։ Երկու ասպեկտներ այս ուսումնասիրությունները հատկապես գրավիչ դարձրեցին:

Նախ, հնարավոր դարձավ օգտագործել բնության կողմից ստեղծված բարձր էներգիայի պրոտոնները՝ ուսումնասիրելու դրանց փոխազդեցությունը մթնոլորտի ատոմների միջուկների հետ և վերծանելու տարրական մասնիկների լավագույն կառուցվածքը։

Երկրորդ, տիեզերքում հնարավոր եղավ գտնել առարկաներ, որոնք ընդունակ են արագացնել մասնիկները ծայրահեղ բարձր էներգիաների:

Պարզվեց, որ առաջին ասպեկտը այնքան էլ արդյունավետ չէր, որքան կարելի էր. տարրական մասնիկների նուրբ կառուցվածքի ուսումնասիրությունը պրոտոնների փոխազդեցության վերաբերյալ շատ ավելի շատ տվյալներ էր պահանջում, քան տիեզերական ճառագայթները թույլ են տալիս ստանալ: Միևնույն ժամանակ, միկրոաշխարհի ըմբռնման գործում կարևոր ներդրում ունեցավ պրոտոնների փոխազդեցության ամենաընդհանուր բնութագրիչների կախվածության ուսումնասիրությունը դրանց էներգիայից։ Հենց EAS-ների ուսումնասիրության ժամանակ հայտնաբերվեց երկրորդական մասնիկների քանակի և դրանց էներգիայի բաշխման կախվածության առանձնահատկությունն առաջնային մասնիկի էներգիայից՝ կապված տարրական մասնիկների քվարկ-գլյուոնային կառուցվածքի հետ։ Հետագայում այս տվյալները հաստատվեցին արագացուցիչների վրա կատարված փորձերի ժամանակ։
Այսօր կառուցվել են տիեզերական ճառագայթների փոխազդեցության հուսալի մոդելներ մթնոլորտային ատոմների միջուկների հետ, որոնք հնարավորություն են տվել ուսումնասիրել ամենաբարձր էներգիաների դրանց առաջնային մասնիկների էներգետիկ սպեկտրը և կազմը։ Պարզ դարձավ, որ տիեզերական ճառագայթները Գալակտիկայի էվոլյուցիայում ոչ պակաս դեր են խաղում, քան նրա դաշտերն ու միջաստղային գազի հոսքերը. տիեզերական ճառագայթների, գազի և մագնիսական դաշտի հատուկ էներգիան մոտավորապես հավասար է 1 ԷՎ/սմ3-ի: Միջաստղային միջավայրում էներգիայի նման հավասարակշռության դեպքում բնական է ենթադրել, որ տիեզերական ճառագայթների մասնիկների արագացումը, ամենայն հավանականությամբ, տեղի է ունենում այն ​​նույն օբյեկտներում, որոնք պատասխանատու են գազի տաքացման և արտանետման համար, օրինակ՝ Նոր և Գերնոր աստղերում։ նրանց պայթյունը։

Տիեզերական ճառագայթների արագացման առաջին մեխանիզմն առաջարկվել է Էնրիկո Ֆերմիի կողմից միջաստղային պլազմայի մագնիսացված ամպերի հետ պատահական բախվող պրոտոնների համար, սակայն չի կարողացել բացատրել փորձարարական բոլոր տվյալները: 1977թ.-ին ակադեմիկոս Գերմոգեն Ֆիլիպովիչ Կրիմսկին ցույց տվեց, որ այս մեխանիզմը պետք է արագացնի գերնոր աստղերի մնացորդների մասնիկները շատ ավելի ուժեղ հարվածային ալիքների ճակատներում, որոնց արագությունները մեծության կարգերով ավելի բարձր են, քան ամպերը: Այսօր հավաստիորեն ապացուցվել է, որ գերնոր աստղերի թաղանթներում տիեզերական պրոտոնների և միջուկների արագացման մեխանիզմը հարվածային ալիքով ամենաարդյունավետն է։ Բայց քիչ հավանական է, որ այն հնարավոր լինի վերարտադրել լաբորատոր պայմաններում. արագացումը համեմատաբար դանդաղ է և էներգիայի հսկայական ծախսեր է պահանջում արագացված մասնիկները պահելու համար: Գերնոր աստղերի թաղանթներում այս պայմանները գոյություն ունեն հենց պայթյունի բնույթի պատճառով: Հատկանշական է, որ տիեզերական ճառագայթների արագացումը տեղի է ունենում եզակի աստղաֆիզիկական օբյեկտում, որը պատասխանատու է ծանր միջուկների (հելիումից ավելի ծանր) միաձուլման համար, որոնք իրականում առկա են տիեզերական ճառագայթներում:

Մեր Գալակտիկայում կան մի քանի հայտնի գերնոր աստղեր, որոնք հազար տարեկանից փոքր են, որոնք դիտվել են անզեն աչքով: Առավել հայտնի են Խեցգետնի միգամածությունը Ցուլ համաստեղության մեջ («Խեցգետին» - գերնոր պայթյունի մնացորդ 1054 թ., նշվել է արևելյան տարեգրություններում), Cassiopeia-A (այն դիտել է 1572 թվականին աստղագետ Տիխո Բրահեն) և Կեպլերի գերնոր աստղը։ Օֆիուչուս համաստեղությունում (1680 թ.)։ Նրանց թաղանթների տրամագիծն այսօր 5-10 լուսային տարի է (1 լուսային տարի = 1016 մ), այսինքն՝ նրանք ընդլայնվում են լույսի արագության մոտ 0,01 արագությամբ և գտնվում են մոտ տասը հազար լուսատարի հեռավորության վրա։ Երկիր. Օպտիկական, ռադիո, ռենտգենյան և գամմա տիրույթներում գերնոր աստղերի («միգամածությունների») պարկուճները դիտարկվել են Չանդրա, Հաբլ և Սփիցեր տիեզերական աստղադիտարանների կողմից։ Նրանք հավաստիորեն ցույց տվեցին, որ էլեկտրոններն ու պրոտոնները իսկապես արագանում են թաղանթներում՝ ռենտգենյան ճառագայթների ուղեկցությամբ:

2000 տարեկանից փոքր գերնոր աստղերի մոտ 60 մնացորդներ կարող են միջաստեղային տարածությունը լցնել տիեզերական ճառագայթներով՝ չափված հատուկ էներգիայով (~1 ԷՎ սմ3-ում), մինչդեռ հայտնի է դրանցից տասը պակաս: Այս պակասը բացատրվում է նրանով, որ Գալակտիկայի հարթությունում, որտեղ կենտրոնացած են աստղերն ու գերնոր աստղերը, շատ փոշի կա, որը լույս չի փոխանցում Երկրի վրա գտնվող դիտորդին։ Ռենտգենյան և գամմա ճառագայթման դիտարկումները, որոնց համար փոշու շերտը թափանցիկ է, հնարավորություն են տվել ընդլայնել դիտվող «երիտասարդ» գերնոր աստղերի պարկուճների ցանկը։ Այս նոր հայտնաբերված խեցիներից վերջինը Supernova G1.9+0.3-ն էր, որը դիտվում էր Chandra ռենտգենյան աստղադիտակով 2008 թվականի հունվարից։ Նրա կեղևի չափի և ընդլայնման արագության գնահատականները ցույց են տալիս, որ այն բռնկվել է մոտ 140 տարի առաջ, բայց տեսանելի չէր օպտիկական տիրույթում Գալակտիկայի փոշու շերտի կողմից իր լույսի ամբողջական կլանման պատճառով:

Մեր սեփական Ծիր Կաթին Գալակտիկաում պայթող գերնոր աստղերի մասին տվյալներին ավելացվել է շատ ավելի հարուստ վիճակագրություն այլ գալակտիկաների գերնոր աստղերի վերաբերյալ: Արագացված պրոտոնների և միջուկների առկայության ուղղակի հաստատումը գամմա ճառագայթումն է բարձր ֆոտոնային էներգիայով, որը առաջանում է չեզոք պիոնների քայքայման արդյունքում՝ պրոտոնների (և միջուկների) աղբյուրի նյութի հետ փոխազդեցության արտադրանք։ Ամենաբարձր էներգիաների նման ֆոտոնները դիտվում են աստղադիտակների օգնությամբ, որոնք գրանցում են EAS-ի երկրորդական մասնիկների արձակած Վավիլով-Չերենկովի փայլը։ Այս տեսակի ամենաառաջադեմ գործիքը Նամիբիայում HESS-ի հետ համատեղ կառուցված վեց աստղադիտակն է: Սկզբում չափվել է խեցգետնի գամմա ճառագայթումը, և դրա ինտենսիվությունը դարձել է ինտենսիվության չափանիշ այլ աղբյուրների համար:

Ստացված արդյունքը ոչ միայն հաստատում է գերնոր աստղերում պրոտոնների և միջուկների արագացման մեխանիզմի առկայությունը, այլև հնարավորություն է տալիս գնահատել արագացված մասնիկների սպեկտրը՝ «երկրորդային» գամմա քվանտների և «առաջնային» պրոտոնների ու միջուկների սպեկտրը։ շատ մոտ են. Խեցգետնի մագնիսական դաշտը և դրա չափերը թույլ են տալիս պրոտոնների արագացումը մինչև 1015 էՎ կարգի էներգիաներ: Աղբյուրում և միջաստղային միջավայրում տիեզերական ճառագայթների մասնիկների սպեկտրները փոքր-ինչ տարբեր են, քանի որ աղբյուրից մասնիկների ելքի հավանականությունը և Գալակտիկայի մասնիկների կյանքի տևողությունը կախված են մասնիկի էներգիայից և լիցքից: Երկրի մոտ չափված տիեզերական ճառագայթների էներգիայի սպեկտրի և կազմի համեմատությունը աղբյուրի սպեկտրի և բաղադրության հետ հնարավորություն տվեց հասկանալ, թե որքան երկար են մասնիկները ճանապարհորդում աստղերի միջև: Լիթիումի, բերիլիումի և բորի միջուկները Երկրի մոտ տիեզերական ճառագայթներում պարզվեց, որ շատ ավելի մեծ են, քան աղբյուրում. նրանց լրացուցիչ թիվը հայտնվում է միջաստղային գազի հետ ավելի ծանր միջուկների փոխազդեցության արդյունքում: Չափելով այս տարբերությունը՝ մենք հաշվարկեցինք այն նյութի X քանակությունը, որով միջաստեղային միջավայրում թափառելիս անցել են տիեզերական ճառագայթները։ Միջուկային ֆիզիկայում նյութի քանակությունը, որին հանդիպում է մասնիկը իր ճանապարհով, չափվում է գ/սմ2-ով։ Դա պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ նյութի միջուկների հետ բախումների ժամանակ մասնիկների հոսքի նվազումը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է իմանալ միջուկների բախումների քանակը, որոնք ունեն տարբեր տարածք (խաչաձեւ հատված) լայնակի: մասնիկի ուղղությամբ։ Այս միավորներում նյութի քանակն արտահայտելով՝ բոլոր միջուկների համար ստացվում է մեկ չափման սանդղակ։

X ~ 5-10 գ/սմ2-ի փորձարարական հայտնաբերված արժեքը հնարավորություն է տալիս գնահատել միջաստղային միջավայրում տիեզերական ճառագայթների t կյանքի տևողությունը՝ t ≈ X/ρc, որտեղ c-ն մասնիկների արագությունն է՝ մոտավորապես հավասար լույսի արագությանը, ρ ~ 10–24 գ/սմ3 միջին խտության միջաստղային միջավայրն է։ Այսպիսով, տիեզերական ճառագայթների կյանքի տևողությունը մոտ 108 տարի է: Այս ժամանակը շատ ավելի երկար է, քան c արագությամբ ուղիղ գծով աղբյուրից դեպի Երկիր շարժվող մասնիկի թռիչքի ժամանակը (3 104 տարի մեզանից Գալակտիկայի հակառակ կողմի ամենահեռավոր աղբյուրների համար): Սա նշանակում է, որ մասնիկները չեն շարժվում ուղիղ գծով, այլ ցրված են։ Գալակտիկաների քաոսային մագնիսական դաշտերը B ~ 10–6 գաուսի (10–10 Տեսլա) ինդուկցիայով դրանք տեղափոխում են R = E/3 x 104B շառավղով շրջանագծի երկայնքով, որտեղ R-ը մ է, E-ը՝ մասնիկը։ էներգիան eV-ում, B-ն մագնիսական դաշտերի ինդուկցիան է գաուսում: Չափավոր մասնիկների էներգիայի դեպքում Ե< 1017 эВ, полученных в ускорителях-Сверхновых, гирорадиус оказывается значительно меньше размера Галактики (3·1020 м).

Մոտավորապես ուղիղ գծով աղբյուրից կգան միայն E > 1019 eV էներգիա ունեցող մասնիկներ։ Հետևաբար, 1019 eV-ից պակաս էներգիա ունեցող EAS-ստեղծող մասնիկների ուղղությունը չի նշում դրանց աղբյուրը։ Էներգիայի այս տիրույթում մնում է միայն դիտարկել երկրորդային ճառագայթումը, որն առաջանում է հենց աղբյուրներում պրոտոնների և տիեզերական ճառագայթների միջուկների կողմից: Դիտարկման համար հասանելի գամմա ճառագայթման էներգիաների տարածաշրջանում (E< 1013 эВ) данные о направлении прихода его квантов убедительно показывают, что космические лучи излучают объекты, сконцентрированные в плоскости нашей Галактики. Там же сосредоточено и межзвёздное вещество, с которым взаимодействуют частицы космических лучей, генерируя вторичное гамма-излучение.

Տիեզերական ճառագայթների հայեցակարգը որպես «տեղական» գալակտիկական երևույթ, պարզվեց, որ ճշմարիտ է միայն չափավոր էներգիա ունեցող E մասնիկների համար.< 1017 эВ. Ограниченные возможности Галактики как ускорять, так и удерживать частицы с особенно высокой энергией были убедительно продемонстрированы в опытах по измерению энергетического спектра космических лучей.

1958 թվականին Գեորգի Բորիսովիչ Խրիստիանսենը և Գերման Վիկտորովիչ Կուլիկովը հայտնաբերեցին տիեզերական ճառագայթների էներգիայի սպեկտրի ձևի կտրուկ փոփոխություն 3·1015 էՎ կարգի էներգիայով։ Այս արժեքից պակաս էներգիաների դեպքում մասնիկների սպեկտրի վերաբերյալ փորձնական տվյալները սովորաբար ներկայացվում էին «ուժային» ձևով, այնպես որ տրված E էներգիայով N մասնիկների թիվը համարվեց հակադարձ համեմատական ​​մասնիկի էներգիային γ հզորությանը. N(E)=a/Eγ (γ-ը սպեկտրի դիֆերենցիալ ինդեքսն է): Մինչև 3·1015 eV էներգիան, γ ցուցիչը = 2,7, բայց ավելի բարձր էներգիաների գնալիս էներգիայի սպեկտրը «կռում» է ունենում. E > 3·1015 eV էներգիաների համար γ-ը դառնում է 3,15: Բնական է սպեկտրի այս փոփոխությունը կապել արագացված մասնիկների էներգիայի մոտեցման հետ գերնոր աստղերի արագացման մեխանիզմի համար հաշվարկված առավելագույն հնարավոր արժեքին: Սպեկտրի ընդմիջման նման բացատրության օգտին է խոսում նաև առաջնային մասնիկների միջուկային կազմը 1015-1017 eV էներգիայի միջակայքում։ Դրա մասին ամենահուսալի տեղեկությունը տալիս են EAS համալիր կայանքները՝ «MGU», «Tunka», «Tibet», «Kaskad»։ Նրանց օգնությամբ ոչ միայն տեղեկատվություն է ստացվում առաջնային միջուկների էներգիայի մասին, այլև պարամետրեր, որոնք կախված են դրանց ատոմային թվերից՝ ցնցուղի «լայնությունը», էլեկտրոնների և մյուոնների քանակի հարաբերակցությունը, ամենաշատ թվերի միջև: էներգետիկ էլեկտրոնները և դրանց ընդհանուր թիվը: Այս բոլոր տվյալները ցույց են տալիս, որ քանի որ առաջնային մասնիկների էներգիան մեծանում է սպեկտրի ձախ սահմանից մինչև դրա ճեղքումը մինչև ընդմիջումից հետո էներգիան, նրանց միջին զանգվածը մեծանում է: Մասնիկների զանգվածային բաղադրության նման փոփոխությունը համապատասխանում է գերնոր աստղերի մասնիկների արագացման մոդելին. այն սահմանափակված է առավելագույն էներգիայով, որը կախված է մասնիկի լիցքից: Պրոտոնների համար այս առավելագույն էներգիան կազմում է մոտ 3·1015 էՎ և աճում է արագացված մասնիկի (միջուկի) լիցքին համամասնորեն, այնպես որ երկաթի միջուկները արդյունավետորեն արագանում են մինչև ~1017 էՎ։ Առավելագույնը գերազանցող էներգիայով մասնիկների հոսքերի ինտենսիվությունը արագորեն նվազում է:

Բայց նույնիսկ ավելի բարձր էներգիաների մասնիկների գրանցումը (~3·1018 eV) ցույց տվեց, որ տիեզերական ճառագայթների սպեկտրը ոչ միայն չի կոտրվում, այլ վերադառնում է ընդմիջումից առաջ նկատված ձևին:

Էներգիայի սպեկտրի չափումները «գերբարձր» էներգիայի տարածաշրջանում (E > 1018 eV) շատ դժվար են նման մասնիկների փոքր քանակի պատճառով: Այս հազվագյուտ իրադարձությունները դիտարկելու համար անհրաժեշտ է ստեղծել EAS մասնիկների հոսքի դետեկտորների և Վավիլով-Չերենկովի ճառագայթման և իոնացման ճառագայթման (մթնոլորտային ֆլուորեսցենտ) ցանց, որոնք առաջանում են մթնոլորտում հարյուրավոր և նույնիսկ հազարավոր քառակուսի կիլոմետր տարածքի վրա: Նման խոշոր, բարդ տեղակայանքների համար ընտրվում են սահմանափակ տնտեսական ակտիվություն ունեցող վայրեր, սակայն հսկայական թվով դետեկտորների հուսալի շահագործում ապահովելու ունակությամբ: Նման ինստալացիաները սկզբում կառուցվել են տասնյակ քառակուսի կիլոմետր տարածքների վրա (Յակուտսկ, Հավերա այգի, Ակենո), այնուհետև հարյուրավոր (AGASA, Fly's Eye, HiRes) և, վերջապես, այժմ ստեղծվում են հազարավոր քառակուսի կիլոմետրանոց ինստալացիաներ (Pierre Auger): Աստղադիտարան Արգենտինայում, աստղադիտակի տեղադրում՝ Յուտա, ԱՄՆ)։

Գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների ուսումնասիրության հաջորդ քայլը կլինի EAS-ների գրանցման մեթոդի մշակումը տիեզերքից մթնոլորտային ֆլուորեսցենտների դիտարկմամբ: Մի քանի երկրների հետ համագործակցությամբ Ռուսաստանում ստեղծվում է EAS տիեզերական առաջին դետեկտորը՝ TUS նախագիծը։ Ենթադրվում է, որ ևս մեկ նման դետեկտոր կտեղադրվի Միջազգային տիեզերակայանում ISS (նախագծեր JEM-EUSO և KLPVE):

Ի՞նչ գիտենք այսօր գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների մասին: Ստորին նկարը ցույց է տալիս 1018 էՎ-ից բարձր էներգիա ունեցող տիեզերական ճառագայթների էներգիայի սպեկտրը, որը ստացվել է վերջին սերնդի օբյեկտներում (HiRes, Pierre Auger աստղադիտարան) և ավելի ցածր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների վերաբերյալ տվյալները, որոնք, ինչպես ցույց է տրված վերևում, պատկանում են Ծիրին։ Way Galaxy. Կարելի է տեսնել, որ 3 1018-3 1019 էՎ էներգիաների դեպքում դիֆերենցիալ էներգիայի սպեկտրի ինդեքսը նվազել է մինչև 2,7-2,8 արժեք, ճիշտ նույնը, ինչ նկատվում է գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների դեպքում, երբ մասնիկների էներգիաները շատ ավելի քիչ են, քան առավելագույն հնարավորը գալակտիկական արագացուցիչների համար: Արդյո՞ք սա ցույց չի տալիս, որ գերբարձր էներգիաների դեպքում մասնիկների հիմնական հոսքը ստեղծվում է արտագալակտիկական ծագման արագացուցիչների կողմից, որոնց առավելագույն էներգիան շատ ավելի բարձր է, քան գալակտիկականը: Գալակտիկական տիեզերական ճառագայթների սպեկտրի ընդմիջումը ցույց է տալիս, որ արտագալակտիկական տիեզերական ճառագայթների ներդրումը կտրուկ փոխվում է 1014-1016 eV չափավոր էներգիաների տարածաշրջանից անցում կատարելիս, որտեղ այն մոտավորապես 30 անգամ պակաս է, քան գալակտիկականների ներդրումը (սպեկտրը Նկարում նշված կետավոր գծով), դեպի գերբարձր էներգիաների շրջան, որտեղ նա դառնում է գերիշխող:

Վերջին տասնամյակների ընթացքում բազմաթիվ աստղագիտական ​​տվյալներ են կուտակվել արտագալակտիկական օբյեկտների վերաբերյալ, որոնք ընդունակ են արագացնել լիցքավորված մասնիկները մինչև 1019 էՎ-ից շատ ավելի բարձր էներգիաներ: Ակնհայտ նշան, որ D չափի օբյեկտը կարող է արագացնել մասնիկները մինչև E էներգիան, այս օբյեկտի ամբողջ տարածքում B մագնիսական դաշտի առկայությունն է, այնպիսին, որ մասնիկի գիռադիուսը D-ից փոքր է: Նման թեկնածու աղբյուրները ներառում են ռադիոգալակտիկաներ (ուժեղ ռադիո արտանետումներ: ); սև անցքեր պարունակող ակտիվ գալակտիկաների միջուկներ; բախվող գալակտիկաներ. Դրանք բոլորը պարունակում են գազի շիթեր (պլազմա), որոնք շարժվում են լույսի արագությանը մոտեցող հսկայական արագությամբ։ Նման շիթերը կատարում են արագացուցիչի աշխատանքի համար անհրաժեշտ հարվածային ալիքների դերը։ Տիեզերական ճառագայթների դիտվող ինտենսիվության մեջ դրանց ներդրումը գնահատելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել աղբյուրների բաշխումը Երկրից հեռավորությունների վրա և միջգալակտիկական տարածության մեջ մասնիկների էներգիայի կորուստը: Մինչ ֆոնային տիեզերական ռադիոհաղորդումների հայտնաբերումը, միջգալակտիկական տարածությունը թվում էր «դատարկ» և թափանցիկ ոչ միայն էլեկտրամագնիսական ճառագայթման, այլև գերբարձր էներգիայի մասնիկների համար: Միջգալակտիկական տարածության մեջ գազի խտությունը, ըստ աստղագիտական ​​տվյալների, այնքան ցածր է (10–29 գ/սմ3), որ նույնիսկ հարյուր միլիարդավոր լուսային տարվա (1024 մ) հսկայական հեռավորությունների վրա մասնիկները չեն հանդիպում գազի ատոմների միջուկներին։ Սակայն, երբ պարզվեց, որ Տիեզերքը լցված է Մեծ պայթյունից հետո մնացած ցածր էներգիայի ֆոտոններով (մոտ 500 ֆոտոն/սմ3 Էֆ ~ 10–3 էՎ էներգիայով), պարզ դարձավ, որ պրոտոններն ու միջուկները E ~-ից ավելի էներգիայով 5 1019 eV, սահմանը Գրիզեն - Զացեպին - Կուզմին (GZK), պետք է փոխազդի ֆոտոնների հետ և կորցնի իրենց էներգիայի մեծ մասը ավելի քան տասնյակ միլիոն լուսային տարիների ճանապարհին: Այսպիսով, Տիեզերքի ճնշող մեծամասնությունը, որը գտնվում է մեզանից ավելի քան 107 լուսատարի հեռավորության վրա, պարզվեց, որ անհասանելի է 5 1019 էՎ-ից ավելի էներգիա ունեցող ճառագայթների դիտարկման համար: Գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների սպեկտրի վերջին փորձնական տվյալները (HiRes հաստատություն, Պիեռ Օգերի աստղադիտարան) հաստատում են Երկրից դիտվող մասնիկների համար էներգիայի այս սահմանի գոյությունը։

Ինչպես երևում է, չափազանց դժվար է ուսումնասիրել գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների ծագումը. ամենաբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների հնարավոր աղբյուրների մեծ մասը (GZK սահմանից բարձր) այնքան հեռու են, որ մասնիկներն իրենց ճանապարհին դեպի Երկիր: կորցնում է աղբյուրում ձեռք բերված էներգիան. Իսկ GZK սահմանից ցածր էներգիաների դեպքում Գալակտիկայի մագնիսական դաշտով մասնիկների շեղումը դեռ մեծ է, և մասնիկների ժամանման ուղղությունը հազիվ թե կարող է ցույց տալ աղբյուրի դիրքը երկնային ոլորտի վրա:

Գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների աղբյուրների որոնման մեջ օգտագործվում է բավականաչափ բարձր էներգիաներով մասնիկների ժամանման ուղղության փորձարարական չափված ուղղության վերլուծություն, այնպես, որ Գալակտիկայի դաշտերը փոքր-ինչ շեղում են մասնիկները ուղղությունից դեպի աղբյուր: Նախորդ սերնդի կայանքները դեռևս չեն տրամադրել համոզիչ տվյալներ մասնիկների ժամանման ուղղության հարաբերակցության մասին աստղաֆիզիկական օբյեկտների հատուկ առանձնացված դասի կոորդինատների հետ: Պիեռ Օգերի աստղադիտարանի վերջին տվյալները կարելի է համարել որպես հույս՝ առաջիկա տարիներին AGN տիպի աղբյուրների դերի մասին տվյալներ ստանալու համար GZK սահմանաչափի կարգի էներգիայով ինտենսիվ մասնիկների հոսքերի ստեղծման գործում:

Հետաքրքիր է, որ AGASA-ի հաստատությունը ցուցումներ է տվել «դատարկ» ուղղությունների առկայության մասին (նրանք, որտեղ հայտնի աղբյուրներ չկան), որոնց երկայնքով երկու կամ նույնիսկ երեք մասնիկներ են հասնում դիտարկման ժամանակ: Սա մեծ հետաքրքրություն առաջացրեց տիեզերագիտությամբ զբաղվող ֆիզիկոսների շրջանում՝ Տիեզերքի ծագման և զարգացման գիտություն, անքակտելիորեն կապված տարրական մասնիկների ֆիզիկայի հետ: Պարզվում է, որ միկրոտիեզերքի կառուցվածքի և Տիեզերքի զարգացման որոշ մոդելներում (Մեծ պայթյունի տեսություն) պահպանվում են մոտ 1023-1024 էՎ զանգվածով գերզանգվածային տարրական մասնիկներ, որոնք պետք է կազմված լինեն հենց նյութից։ Մեծ պայթյունի վաղ փուլը կանխատեսվում է ժամանակակից Տիեզերքում: Նրանց բաշխվածությունը Տիեզերքում այնքան էլ պարզ չէ. դրանք կարող են կա՛մ հավասարաչափ բաշխվել տիեզերքում, կա՛մ «ներգրավվել» Տիեզերքի զանգվածային շրջաններ: Նրանց հիմնական առանձնահատկությունն այն է, որ այս մասնիկները անկայուն են և կարող են քայքայվել ավելի թեթև մասնիկների, այդ թվում՝ կայուն պրոտոնների, ֆոտոնների և նեյտրինոների, որոնք ձեռք են բերում հսկայական կինետիկ էներգիա՝ ավելի քան 1020 էՎ: Այն վայրերը, որտեղ պահպանվում են այդպիսի մասնիկները (Տիեզերքի տոպոլոգիական արատները) կարող են լինել պրոտոնների, ֆոտոնների կամ գերբարձր էներգիայի նեյտրինոների աղբյուրներ։

Ինչպես գալակտիկական աղբյուրների դեպքում, գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթների արտագալակտիկական արագացուցիչների առկայությունը հաստատվում է գամմա-ճառագայթների դետեկտորների տվյալներով, օրինակ՝ HESS օբյեկտի աստղադիտակներով, որոնք ուղղված են վերը թվարկված արտագալակտիկական օբյեկտներին՝ տիեզերական ճառագայթների թեկնածուներին: աղբյուրները։

Դրանցից ամենահեռանկարայինը պարզվեց, որ գազային շիթերով ակտիվ գալակտիկաների (AGN) միջուկները։ HESS օբյեկտի ամենալավ ուսումնասիրված օբյեկտներից մեկը Կույս համաստեղության M87 գալակտիկան է, որը գտնվում է մեր Գալակտիկայից 50 միլիոն լուսատարի հեռավորության վրա: Նրա կենտրոնում գտնվում է սև խոռոչը, որն էներգիա է ապահովում իր մոտ տեղի ունեցող գործընթացների և, մասնավորապես, այս գալակտիկան պատկանող հսկա պլազմայի շիթերի համար։ Տիեզերական ճառագայթների արագացումը M87-ում ուղղակիորեն հաստատվում է նրա գամմա ճառագայթման դիտարկումներով, որոնց էներգիայի սպեկտրը 1-10 ՏէՎ (1012-1013 էՎ) էներգիայով, դիտվում է HESS-ում։ M87-ից գամմա ճառագայթման դիտվող ինտենսիվությունը կազմում է Խեցգետնի մոտ 3%-ը: Հաշվի առնելով այս օբյեկտների միջև հեռավորության տարբերությունը (5000 անգամ), դա նշանակում է, որ M87-ի պայծառությունը 25 միլիոն անգամ գերազանցում է Խեցգետնի պայծառությանը:

Այս օբյեկտի համար ստեղծված մասնիկների արագացման մոդելները ցույց են տալիս, որ M87-ում արագացված մասնիկների ինտենսիվությունը կարող է այնքան մեծ լինել, որ նույնիսկ 50 միլիոն լուսային տարվա հեռավորության վրա այս աղբյուրի ներդրումը կարող է ապահովել 1019 էՎ-ից բարձր էներգիա ունեցող տիեզերական ճառագայթների դիտված ինտենսիվությունը։ .

Բայց ահա առեղծվածը. EASs-ի ժամանակակից տվյալների մեջ այս աղբյուրի ուղղությամբ 1019 eV կարգի էներգիայով մասնիկների ավելցուկ չկա: Բայց արդյոք այս աղբյուրը չի՞ դրսևորվի ապագա տիեզերական փորձերի արդյունքներում, այնպիսի էներգիաների դեպքում, երբ հեռավոր աղբյուրներն այլևս չեն նպաստում դիտարկվող իրադարձություններին: Էներգետիկ սպեկտրի ընդմիջման հետ կապված իրավիճակը կարող է կրկնվել ևս մեկ անգամ, օրինակ, 2 1020 էներգիայի դեպքում: Բայց այս անգամ աղբյուրը պետք է տեսանելի լինի առաջնային մասնիկի հետագծի ուղղության չափումներում, քանի որ > 2·1020 eV էներգիան այնքան բարձր է, որ մասնիկները չպետք է շեղվեն գալակտիկական մագնիսական դաշտերում:

Ինչպես տեսնում եք, տիեզերական ճառագայթները մեկ դար ուսումնասիրելուց հետո մենք կրկին սպասում ենք նոր բացահայտումների, այս անգամ գերբարձր էներգիայի տիեզերական ճառագայթմանը, որի բնույթը դեռևս անհայտ է, բայց կարող է կարևոր դեր խաղալ Տիեզերքի կառուցվածքում։ .

գրականություն

Dobrotin N. A. Տիեզերական ճառագայթներ. - Մ.: Էդ. ՀԽՍՀ ԳԱ 1963 թ.

Murzin V. S. Ներածություն տիեզերական ճառագայթների ֆիզիկային. - Մ.: Էդ. Մոսկվայի պետական ​​համալսարան, 1988 թ.

Panasyuk M. I. Տիեզերքի թափառականները կամ Մեծ պայթյունի արձագանքը: - Ֆրյազինո: «Vek2», 2005 թ.

Rossi B. Տիեզերական ճառագայթներ. - Մ.: Ատոմիզդատ, 1966:

Խրենով Բ.Ա. Հարաբերական երկնաքարեր // Գիտությունը Ռուսաստանում, 2001 թ., թիվ 4:

Խրենով Բ. Ա. և Փանասյուկ Մ. // Բնություն, 2006, թիվ 2:

1. Տիեզերական ճառագայթները (CR) բարձր էներգիայի լիցքավորված մասնիկների հոսք է, որը գալիս է Երկրի մակերես մոտավորապես իզոտրոպ կերպով արտաքին տիեզերքի բոլոր ուղղություններից: Տարբերում են առաջնային և երկրորդային տիեզերական ճառագայթներ։

Առաջնային CLԵրկիր գալը cosus-ից Դրանք ներառում են գալակտիկական CR-ներ, որոնք գալիս են գալակտիկական տարածությունից և արևային CR-ներ, որոնք ծնվել են Արեգակի վրա բռնկումների ժամանակ:

Միջնակարգ CLծնված երկրագնդի մթնոլորտում: Դրանք առաջանում են մթնոլորտային նյութի ատոմների հետ առաջնային CR–ների փոխազդեցության ժամանակ։

CL-ի հայտնաբերումը կապված է օդի էլեկտրական հաղորդունակության ուսումնասիրության հետ։ XX դարի սկզբին. հավաստիորեն հաստատվել է, որ ^V0" B0W, որը պարունակվում է նույնիսկ փակ անոթում, միշտ իոնացված է: Բնական ռադիոակտիվության հայտնաբերումից հետո պարզ դարձավ, որ իոնացման աղբյուրը գտնվում է օդ պարունակող նավից դուրս և ապարների ռադիոակտիվ ճառագայթումն է: Ուստի բարձրության բարձրացման հետ օդի իոնացումը պետք է նվազի:

1912 թվականին ավստրիացի Վիկտոր Հեսը բարձրացավ օդապարիկով՝ էլեկտրոսկոպով հերմետիկ փակ անոթի մեջ, որի մեջ օդի ճնշումը մնաց հաստատուն։ Նա պարզել է, որ առաջին 600 մ բարձրանալու ժամանակ օդի իոնացումը նվազել է։ Բայց, սկսած 600 մ-ից, այն սկսեց աճել որքան բարձր, այնքան արագ։ 4800 մ բարձրության վրա իոնների կոնցենտրացիան դարձել է 4 անգամ ավելի, քան ծովի մակարդակում։ Հետևաբար, Հեսսը առաջարկեց, որ շատ բարձր ներթափանցող հզորության իոնացնող ճառագայթումն ընկնում է երկրագնդի մթնոլորտի սահմանին համաշխարհային տիեզերքից։

Հետագայում փորձեր են իրականացվել փուչիկներով։ Պարզվել է, որ 8400 մ բարձրության վրա իոնացումը 10 անգամ ավելի մեծ է, քան ծովի մակարդակում, 20 կմ բարձրության վրա այն հասնում է առավելագույնի, իսկ հետագա բարձրանալով սկսում է նվազել։ Դա բացատրվում է նրանով, որ 20 կմ բարձրության վրա փոխազդեցության արդյունքում (առաջնային CR-ների մթնոլորտ է առաջանում երկրորդական իոնացնող մասնիկների ամենաբարձր կոնցենտրացիան.

2. Առաջնային տիեզերական ճառագայթներ (PCR). Դիտարկենք PCR-ում մասնիկների արագացման էներգետիկ սպեկտրը, կազմը, միջակայքը և մեխանիզմը

ա. PCR էներգիան շատ բարձր է: Մասնիկների մեծ մասի համար այն գերազանցում է 10 ԳեՎ-ն: Հետևաբար, PCR մասնիկների հայտնաբերման հիմնական խնդիրն այն է, որ մասնիկները դանդաղեն դետեկտորի ներսում: Միայն այս դեպքում է հնարավոր չափել դրանց ընդհանուր էներգիան։

Առաջին անգամ PCR էներգիայի սպեկտրը ուղղակիորեն չափվել է Պրոտոնի շարքի արբանյակների վրա 1965-69 թթ. Հետագայում այս չափումները կրկնվեցին Երկրի մագնիսական դաշտից դուրս Լուսնի և Մարսի արբանյակների վրա։ PCL մասնիկների էներգիան չափվել է իոնացման կալորիմետրի միջոցով: Սարքը միջուկային թիրախների, լուսանկարչական թիթեղների և հաշվիչների շերտերի համակարգ է։ Փոխազդելով թիրախային միջուկների հետ (ծանր մետաղ) տիեզերական մասնիկը առաջացնում է կոշտ γ-քվանտաների հոսք։ Կապարի շերտերում այս γ-քվանտները առաջացնում են իոնացնող մասնիկների հզոր ավալանշներ, որոնք գրանցվում են լուսանկարչական էմուլսիաներում և հաշվիչներում։ Եթե ​​կալորիմետրի շերտերի հաստությունը մեծ է, և ավալանշի բոլոր մասնիկները մնում են դրանում, ապա դրանց քանակից կարելի է որոշել առաջնային տիեզերական մասնիկի էներգիան։ Իոնացման կալորիմետրերը ունեն մինչև մի քանի խորանարդ մետր ծավալ: մետր և մինչև 20 տոննա քաշով։

Նկար 166-ը ցույց է տալիս PCR մասնիկների հոսքի I ինտենսիվության կախվածությունը լոգարիթմական մասշտաբով նրանց էներգիայի E-ից: I ինտենսիվությունը արտահայտվում է 1 մ 2 երկրագնդի մակերեսի վրա 1 sr ամուր անկյան տակ գտնվող մասնիկների քանակով 1 վրկ-ում։ Էներգիան E տրված է գիգաէլեկտրոնվոլտով (1 ԳեՎ = 109 Վ)։

Էներգիայի տիրույթում E 10-ից մինչև 10 6 ԳէՎ էներգիայի սպեկտրը նկարագրվում է էմպիրիկ I = AE - γ բանաձևով, ede A = 10 18 մասնիկ/մ 2 sr-s, γ=1,6:

PCR-ի ընդհանուր հոսքը մոտավորապես 104 մասնիկ/մ 2 sr է: PCR-ի առավելագույն էներգիան հասնում է 10 11 ԳեՎ-ի Սա նշանակում է, որ PCR-ը գերբարձր էներգիաների եզակի աղբյուր է, քանի որ արագացուցիչներում ստացվող առավելագույն էներգիան չի գերազանցում 10 5 ԳեՎ-ն: Բայց շատ քիչ մասնիկներ կան E> 10 6 ԳեՎ էներգիայով։ 1 մ 2 տարածքը տարեկան միջինում կազմում է մեկ այդպիսի մասնիկ:

PCR էներգիան ոչ ջերմային ծագում ունի: Այսպիսով, աստղերի ներսում մասնիկների միջին էներգիան հավասար է Еср = 3kT/2 = 3*1.4*10 -23 *10 9 /2 = 2.1*10 -14 J=0.1 MeV։ Իսկ Երկրի մոտ PCR մասնիկների միջին էներգիան 100 ՄէՎ է, այսինքն՝ 1000 անգամ ավելի։ Սա նշանակում է, որ տիեզերական մասնիկներն արագանում են էլեկտրամագնիսական բնույթի որոշ աստղաֆիզիկական գործընթացներում։

բ. PCL կազմը. Արեգակնային համակարգի գտնվելու վայրում առաջնային տիեզերական ճառագայթումը իզոտրոպ է իր ուղղությամբ և հաստատուն ժամանակի մեջ: Ըստ կազմի, PCL-ը բաժանվում է հետևյալ խմբերի.

r խումբ. Պարունակում է ջրածնի միջուկներ՝ պրոտոններ 1 1 p, դեյտրոններ 2 1 D, տրիտոններ 3 1 Տ

α-խումբ. Պարունակում է հելիումի միջուկներ 4 2 He, 3 2 He:

L - խումբ (անգլերեն լույսից - լույս): Պարունակում է լիթիումի, բերիլիումի և բորի թեթև միջուկներ։

M-group (mesolight - միջին լույս): Պարունակում է միջուկներ՝ C-ից մինչև ֆտոր F։

H - խումբ (ծանր - ծանր): Պարունակում է ծանր միջուկներ՝ Նեոնից մինչև կալիում Կ։

VH - խումբ (շատ ծանր - շատ ծանր): Պարունակում է միջուկներ՝ կալցիումից Ca (Z=20) մինչև ցինկ Zn (z=30)։

SH խումբ (գերծանր - գերծանր): Պարունակում է միջուկներ՝ սկսած գալիումի Ca-ից

E - խումբ. Պարունակում է էլեկտրոններ e և պոզիտրոններ e +։

Ի տարբերություն Տիեզերքում միջինում տարրերի առատության, ՊՇՌ-ում կա միջին և ծանր միջուկների պարունակություն՝ միջին միջուկների խմբեր L՝ 150,000 անգամ, H խմբեր՝ 2,5 անգամ, VH խմբեր՝ 60 անգամ, խմբեր SH-։ n 14 անգամ:

Հատկապես առանձնանում է L խմբում միջուկների առատությունը։Կարելի է ենթադրել, որ L խմբի միջուկներն առաջանում են PCR-ներում z > 6-ի միջուկների բախման արդյունքում միջաստեղային գազի մասնիկների հետ, որոնք հիմնականում բաղկացած են ջրածնից և հելիումից։ . Ֆրագմենտացիայի ռեակցիայի արդյունքում ջախջախվում են ծանր միջուկներ և ստացվում L խմբի միջուկներ։Եթե այս վարկածն ընդունվի, ապա հնարավոր է գնահատել տիեզերական մասնիկի անցած միջին ուղին իր ծննդավայրից մինչև Երկիր։

մեջ. Մասնիկների միջին ուղին PCL-ում: Թող ջրածնի միջուկներից տիեզերական գազը հավասարաչափ լցնի արտաքին տարածությունը: Զուգահեռ մասնիկների ճառագայթը տարածվում է OA1 առանցքի երկայնքով մի աղբյուրից, որը առաջացնում է ծանր մասնիկներ, որոնց զանգվածը մեծ է խմբի միջուկների զանգվածից: Երբ ծանր մասնիկները բախվում են ջրածնի միջուկներին, առաջանում են I խմբի թեթեւ միջուկներ, որոնք շարժվում են նույն ուղղությամբ։

Ծանր մասնիկների ջախջախման արդյունքում ծանր մասնիկների ճառագայթի ինտենսիվությունը I t.

պետք է նվազի հեռավորության հետ՝ համաձայն Բուգեի օրենքի, I t = I 0 exp(-σNx), (25.2), որտեղ I ապա ծանր մասնիկների փնջի սկզբնական ինտենսիվությունն է, N՝ ջրածնի միջուկների կոնցենտրացիան տիեզերական գազում։ σ-ն միջուկային մասնատման ռեակցիայի արդյունավետ խաչմերուկն է L խմբի միջուկների ձևավորման հետ: Թող հայտնվի L խմբի միայն մեկ թեթև մասնիկ ծանր մասնիկի անհետացման ժամանակ յուրաքանչյուր բախման ժամանակ: Մասնիկների հոսքի I ինտենսիվությունը կաճի: հեռավորությունը ըստ օրենքի I e , = I 0 - I t = I t . (25.3) Թեթև և ծանր մասնիկների ինտենսիվության հարաբերակցությունը PCR-ում պետք է մեծանա Il /I t = /exp(-σNx)= exp(-σNx)-1 հեռավորության հետ:

Նշելով I l / I t \u003d n հարաբերակցությունը, մենք ստանում ենք x \u003d 1p (n + l) / σN: (25.5): Հարաբերակցությունը n= I l /I t = 15/(52+15+4)=1/5=0.2: Աստղաֆիզիկական գնահատականներից՝ փոշու մասնիկների՝ ջրածնի միջուկների կոնցենտրացիան տիեզերքում մոտավորապես հավասար է 1 մասնիկի 1 սմ 3-ում, այնպես որ n = 10 6 մ -3: Ցամաքային պայմաններում նկատված ֆրագմենտացման ռեակցիաների արդյունավետ խաչմերուկը թույլ է տալիս ընդունել σ= 10 -30 մ 2 արժեքները: Այսպիսով, x \u003d ln (1,2) / 10 -30 * 10 6 \u003d 2 * 10 23 մ:

Տիեզերական հեռավորությունները աստղաֆիզիկայում սովորաբար արտահայտվում են պարսեկներով։ Ըստ սահմանման, մեկ պարսեկը այն հեռավորությունն է, որից Երկրի ուղեծրի տրամագիծը (150 միլիոն կմ) տեսանելի է 1 վայրկյան անկյան տակ։ Պարսեկը շատ մեծ հեռավորություն է, 1 ps = 3*10 16 մ: Արտահայտված պարսեկներով, PCR մասնիկների ուղին դեպի Երկիր x = 7000 kps է:

Աստղաֆիզիկական ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ մեր գալակտիկան ունի երկուռուցիկ ոսպնյակի ձև, որի տրամագիծը կազմում է 25 կկվ և հաստությունը՝ մինչև 2 կկվ, որը շրջապատված է գնդակի տեսքով տիեզերական գազով:

գերազանցում է ոչ միայն Գալակտիկայի տրամագիծը (25 kpc), այլև Halo-ի տրամագիծը (30 kpc): Այստեղից հետևում է, որ PCR-ները ծնվում են մեր Գալակտիկայից դուրս:

Ըստ ամենայնի, այս եզրակացությունը ճիշտ չէ։ Նախ, ենթադրվում էր, որ յուրաքանչյուր մասնատման ռեակցիայի ժամանակ ծնվում է L խմբի միայն մեկ մասնիկ։Իրականում դրանցից ավելի շատ կարող են ծնվել։ Հետևաբար, L խմբի մասնիկների հոսքի ավելացումը կարող է տեղի ունենալ ավելի արագ և x ավելի փոքր հեռավորության վրա: Երկրորդ, ենթադրվում էր, որ մասնիկների շարժման ուղղությունը չի փոխվում բոլոր բախումների ժամանակ։ Բայց դա այդպես չէ։ PCR մասնիկների շարժման բնույթն ավելի մոտ է Բրոունյան մասնիկների շարժմանը։ Նրանց հետագիծը կոտրված գիծ է: Հետևաբար, PCR մասնիկները կարող են շատ ավելի երկար տարածություններ անցնել Գալակտիկայի ներսում՝ համեմատած նրա չափերի:

Ավելի խիստ գնահատականները հանգեցնում են այն եզրակացության, որ PCR մասնիկների (գալակտիկական ճառագայթների) առնվազն 90%-ը ծնվում է Գալակտիկայի ներսում: Եվ PCR մասնիկների միայն մոտ 10%-ն է գալիս Գալակտիկայի դրսից (մետագալակտիկական ճառագայթներ): Տիեզերական մասնիկների շարժման ցրված բնույթի պատճառով լիցքավորված մասնիկների աղբյուրների դիրքի մասին տեղեկատվությունը ջնջվում է։ Հետևաբար, տիեզերական ճառագայթումը, բացառությամբ EM դաշտային քվանտների, իզոտրոպ է:

Գ. PCR մասնիկների արագացման մեխանիզմ. Ֆերմիի վարկածն ամենահավանականն է։ Նա առաջարկել է, որ գերնոր աստղերի պայթյունների ժամանակ առաջանում են երկարացված մագնիսացված պլազմային ամպեր, որոնք ցրվում են պայթյունի էպիկենտրոնից հսկայական արագությամբ։ Նման ամպերի հետ հանդիպակաց բախումների ժամանակ լիցքավորված մասնիկները արտացոլվում են դրանցից։ Իմպուլսի պահպանման օրենքին համապատասխան՝ մասնիկների արագության բացարձակ շառավղային բաղադրիչն այս դեպքում ավելանում է ամպի արագությունից երկու անգամ՝ υ 2 R = - υ 1 R + 2υ 0 ։ Եթե ​​մասնիկը հասնում է ամպին, ապա նրա արագությունը նվազում է։ Բայց այդպիսի մասնիկներ կարող են լինել միայն նրանք, որոնք ծնվել են աստղի ներսում։ Իսկ այն մասնիկների համար, որոնք աստղից դուրս են, իրականացվում են հակադարձ շարժումներ: Հետևաբար տիեզերական մասնիկների կինետիկ էներգիան ավելանում է ժամանակի ընթացքում։

3. PKJI-ի ծագումը. Գոյություն ունեն ՊՇՌ-ների 4 հիմնական աղբյուր՝ նոր,

գերնոր աստղեր, պուլսարներ, քվազարներ:

ա. Նոր աստղեր (NZ)- Սրանք մոտ երկուական աստղային համակարգեր են, որոնց ընդհանուր զանգվածը կազմում է 1-5 արեգակնային զանգված, որոնք պտտվում են ընդհանուր զանգվածի կենտրոնի շուրջ: Մինչ բռնկումը դրանք ունեն 4-5 միավոր տեսողական ուժ։

1-100 երկրային օրվա ընթացքում բռնկման ժամանակ դրանց պայծառությունն ավելանում է 100-1000000 անգամ։ Դրանից հետո մի քանի տարիների ընթացքում այն ​​թուլանում է մինչև իր սկզբնական արժեքը։ Լուսարձակման ժամանակ NS-ը ճառագայթում է մոտ 10 38 Ջ էներգիա։ Պոռթկումից մի քանի տարի անց NS-ի տեղում հայտնաբերվում է գնդաձև գազային թաղանթ՝ ճառագայթային ընդարձակման արագությամբ = 1000 կմ/վ: Պատյանի զանգվածը Արեգակի զանգվածի մոտ 0,01 է, նրա կինետիկ էներգիան՝ մոտ 10 39 Ջ։

NS պոռթկման պատճառն այն է, որ կուտակումը տեղի է ունենում երկուական համակարգում՝ նյութի հոսքը սառը կարմիր թզուկից տաք սպիտակ թզուկ: Արդյունքում, մի կողմից գրավիտացիոն ուժերի և մյուս կողմից օպտիկական և գազա-կինետիկ ճնշման ուժերի միջև հավասարակշռությունը խախտվում է տաք աստղում։ Սա հանգեցնում է տաք աստղի պայթյունի:

NZ բռնկումները հաճախակի երևույթ են: Մեկ տարում 100-200 NZ-ներ բռնկվում են մեր Գալակտիկայում: Դրանք աղետալի բնույթ չեն կրում և որոշ աստղերի մոտ կրկնվում են ամիսներով ու տարիներով։ ՊՇՌ մասնիկների որոշակի մասը կարող է առաջանալ NS պատյաններից:

բ. Գերնոր (SNZ). Այսպես են կոչվում այն ​​աստղերը, որոնց պայծառությունը բռնկման ժամանակ համարժեք է դառնում այն ​​գալակտիկայի պայծառությանը, որին պատկանում է: Այսպիսով, 1885 թվականի SNZ-ը Անդրոմեդայի միգամածությունում ուներ ամբողջ գալակտիկայի պայծառությունը: SNZ-ի պոռթկումի ժամանակ արտանետվող էներգիայի քանակը կազմում է մոտ 10 44 Ջ: Այն մեկ միլիոն անգամ ավելի է, քան NS-ի պայթյունի էներգիան: Մեր Գալակտիկայում մեկ SNZ բռնկվում է միջինը 300 տարին մեկ անգամ: Վերջին SNZ-ը դիտվել է Կեպլերի կողմից 1604 թվականին (Կեպլերի SNZ):

SNZ-ի առավելագույն լուսավորությունը 1-3 շաբաթ է: Աստղի կողմից թափված պատյանն ունի մինչև 10000 արևի զանգված և մինչև 20000 կմ/վ արագություն: Շատ PCR մասնիկներ նույնպես առաջանում են այս պատյաններից։ SNZ-ի պայթյունից հետո նրանց տեղում հայտնաբերվում են միգամածություններ և պուլսարներ։ Մինչ օրս հայտնաբերվել է SNZ-ի մոտ 90 մնացորդ։ Կարելի է ենթադրել, որ SNZ-ի առաջացման մեխանիզմը հիմնված է օրինաչափության վրա՝ որքան մեծ է ատոմային միջուկների զանգվածը, այնքան բարձր է ջերմաստիճանը, որում ընթանում է դրանց ջերմամիջուկային միաձուլման ռեակցիան։

Երբ նախաստղը առաջանում է գազային և փոշու միգամածությունից, միգամածության ողջ տարածությունը լցվում է ջրածնով։ Ամպի գրավիտացիոն կծկման պատճառով ջերմաստիճանը աստիճանաբար բարձրանում է։ Երբ հասնում է T=10 7 K ջերմաստիճանը, սկսվում է պրոտոնների դեյտրոնների սինթեզի դանդաղ ռեակցիան։ Սկսվում է պրոտոն-պրոտոն ցիկլը։

Նախաստղը տաքանում է, որպեսզի փայլի և վերածվում աստղի: Գրավիտացիոն ուժերը հավասարակշռվում են թեթև գազակինետիկ ճնշման ուժերով։ Սեղմումը կասեցված է: Ջրածնի այրման ժամանակաշրջանի համար սահմանվում է հարաբերական հավասարակշռություն։

Այն բանից հետո, երբ ջրածնի հիմնական մասը վերածվում է հելիումի, աստղը սկսում է սառչել, լույսի ճնշումը արագորեն նվազում է: Հելիումի միաձուլման ռեակցիան չի սկսվում, քանի որ T 1 ջերմաստիճանը բավարար չէ հելիումի միջուկների սինթեզի համար։ Աստղի գրավիտացիոն կծկման գործընթացում նրա ջերմաստիճանը աստիճանաբար բարձրանում է։ Ձգողության ուժերը ուղղակիորեն մեծանում են

համամասնական է l/r 2-ին, հետևաբար, երբ T 1 ջերմաստիճանը հասնում է, հավասարակշռություն չի առաջանում, քանի որ T 1 ջերմաստիճանն այս դեպքում համապատասխանում է աստղի ավելի փոքր ծավալին: Սեղմումը և ջերմաստիճանի բարձրացումը շարունակվում են, և որոշակի ջերմաստիճանում T 2 =10 8 K, սկսվում է հելիումի միջուկների միաձուլման ռեակցիան. 25.6)

4 2 He + 12 8 C-> 16 8 O + γ, 4 2 He + 16 8 O-> 20 10 Ne + γ, 4 2 He + 20 10 Ne -> 24 12 Mg. (25.7)

Հելիումն այրելուց հետո առաջանում է աստղի խիտ միջուկ, միջուկի պարունակությունը՝ C-12 ածխածին, թթվածին 0-16, նեոն Ne-20, մագնեզիում Mg-24։ Ավելին, աստղի էվոլյուցիայի ընթացքը կարող է ընթանալ նույն կերպ։ Որոշակի ջերմաստիճանում T 3 > T 2, ածխածին-մագնեզիումի միջուկների միաձուլման ռեակցիան գրգռված է: Այս ցիկլը պետք է ավարտվի Si-26 սիլիցիումի միջուկների և P-31 ֆոսֆորի ձևավորմամբ:

Եվ, վերջապես, T 4 > T 3 ջերմաստիճանում կարող է սկսվել սիլիցիումի և ֆոսֆորի միջուկների սինթեզի էկզոտերմիկ ռեակցիայի վերջին փուլը, որը պետք է ավարտվի 56 26 Fe, 59 27 Co, 57 28 միջուկների ձևավորմամբ։ Նի.

Սա իդեալականացված սխեմա է։ Փաստորեն, այս գործընթացները կարող են համընկնել: Աստղի կենտրոնում ավելի ծանր միջուկների միաձուլման ռեակցիաները կարող են տեղի ունենալ ավելի բարձր ջերմաստիճանում, իսկ ծայրամասում կարող են տեղի ունենալ ավելի քիչ ծանր միջուկների միաձուլման ռեակցիաներ ավելի ցածր ջերմաստիճաններում։ Եվ շատ դեպքերում աստղի էվոլյուցիան ընթանում է հարթ: Բայց երբեմն աստղի զանգվածի, կազմի, չափի և այլ պարամետրերի այնպիսի համադրություն է լինում, որ հավասարակշռությունը խախտվում է։ Ձգողության ազդեցության տակ աստղի նյութը արագորեն մղվում է դեպի կենտրոն, և աստղը փլուզվում է։ Աստղի միջուկում բարձր խտությունը, ջերմաստիճանը և ճնշումը որոշ դեպքերում կարող են հանգեցնել հսկայական էներգիաների արագ արտազատման։ Օրինակ, նման ռեակցիայի արդյունքում՝ 16 8 O + 16 8 O \u003d 32 16 S + 16.5 ՄէՎ: (25.8)

Աստղը պայթում է՝ առաջացնելով գերնոր աստղ։ Եթե ​​հաշվի առնենք SNZ պայթյունի էներգիան E = 10 44 J և դրանց կրկնությունների հաճախականությունը, ապա կստացվի, որ SNZ պայթյունի 1%-ը բավարար է ՊՇՌ-ի միջին էներգիայի խտությունը պահպանելու համար։

մեջ. Պուլսարներ(ռադիոճառագայթման պուլսացիոն աղբյուրներ) փոքր, մինչև 20 կմ տրամագծով նեյտրոնային աստղեր են, որոնք առաջացել են գերնոր աստղերի մնացորդների արագ գրավիտացիոն սեղմման արդյունքում։ Նեյտրոնային աստղերի խտությունը հասնում է 1012 կգ/մ 3-ի, որը մոտ է ատոմային միջուկներում նյութի խտությանը։

Աստղի մնացորդների սեղմման արդյունքում մակերեսի վրա մագնիսական դաշտի ինդուկցիան հասնում է 10 9 Տ կարգի հսկայական արժեքների։ Համեմատության համար՝ ֆիզիկական փորձի արդյունքում ստացված առավելագույն մագնիսական դաշտի ինդուկցիան (իմպուլսային սոլենոիդներում) չի գերազանցում 10 2 T: Իրենց փոքր չափերի պատճառով նեյտրոնային աստղերի պտտման արագությունը կարող է հասնել 1000 Հց-ի։ Նման արագ պտտվող մագնիսական աստղն իր շուրջը առաջացնում է պտտվող էլեկտրական դաշտ: Այս դաշտը արագացնում է պուլսարը շրջապատող պլազմայի մասնիկները՝ հասնելով բարձր էներգիաների: Միջուկներն արագանում են մինչև 10 20 ԷՎ, էլեկտրոնները՝ մինչև 10 12 ԷՎ։ Պուլսարից հեռանալուց հետո այս արագ մասնիկները լրացնում են PCR կազմը:

Լիցքավորված մասնիկները, որոնք թռչում են տիեզերքից դեպի պուլսարի մագնիսական դաշտ, պտտվում են ուժի գծերի շուրջ՝ արձակելով սինքրոտրոնային ճառագայթում ռադիոտիրույթում։ Այս ճառագայթումը հատկապես ուժեղ է մագնիսական բևեռների ուղղությամբ։ Քանի որ պուլսարի պտտման առանցքը չի համընկնում մագնիսական առանցքի հետ, ռադիոհաղորդման ճառագայթը նկարագրում է կոն։ Եթե ​​Երկիրը գտնվում է այս կոնի պատի մեջ, ապա դրա վրա պարբերաբար ազդանշան է գրանցվում այն ​​պահին, երբ ռադիոհաղորդման բևեռային ճառագայթը հատում է Երկիրը։

Էներգիայի կորստի պատճառով պուլսարների ժամանակաշրջանը մեծանում է։ Հետևաբար, որքան երիտասարդ է պուլսարը, այնքան բարձր է նրա պտտման հաճախականությունը։ Ներկայումս հայտնի են մի քանի հարյուր պուլսարներ, որոնց ժամանակաշրջանները տատանվում են 0,033 վրկ-ից մինչև 4,8 վրկ:

Քվազարներ(Անգլերեն քվազի-աստղային ռադիո աղբյուրի կրճատում) - քվազի աստղեր, աստղերի նման: Նրանք օպտիկական տեսքով նման են աստղերին և սպեկտրի բնույթով նման են միգամածություններին։ Քվազարների սպեկտրներում կա հսկայական կարմիր շեղում, որը 2-6 անգամ ավելի մեծ է, քան Գալակտիկայում հայտնի ամենամեծը: Տեսանելի տիրույթում, օրինակ, նկատվում է Lyman շարքի գլխի ուլտրամանուշակագույն գիծը (D = 121,6 նմ արտանետվող գազի հղման շրջանակում):

Որոշվել է Դոպլերի հաճախականության շեղման ν=ν 0 √((1±β)/(1-+β) բանաձևով, որտեղ β=υ/с, Երկրի նկատմամբ քվազարի ճառագայթային արագությունը υ, և օգտագործելով Հաբլի էմպիրիկ օրենքը υ = Нr, որտեղ H=1.3-10 -18 s -1 Հաբլի հաստատունն է, կարող եք հաշվարկել հեռավորությունը մինչև քվազարը: Նրանց պատվերը r~10 10 ps է: Սա միլիոն անգամ մեծ է մեր գալակտիկայից: Քվազարների պայծառությունը տատանվում է մոտ 1 ժամ T ժամանակահատվածի հետ: Քանի որ քվազարի տրամագիծը չի կարող գերազանցել c*T-ն, որտեղ c-ն լույսի արագությունն է վակուումում, պարզվում է, որ քվազարի չափը փոքր է, ոչ ավելի, քան Ուրանի ուղեծրի տրամագիծը (4 * 10 12 մ) . Հաշվի առնելով քվազարների մեծ հեռավորությունը՝ պարզվում է, որ դրանք պետք է ճառագեն 10 45 Վտ կարգի հսկա հզորություն՝ համեմատելի գալակտիկաների հետ՝ տարածության համեմատաբար փոքր ծավալով։ Նման գերհզոր օբյեկտները պետք է տիեզերք նետեն բարձր էներգիայի մասնիկների հոսքեր։ Քվազարների էներգիայի մեխանիզմը պարզ չէ։ Նման հսկայական էներգիայի սպառման դեպքում քվազարների ակտիվ փուլը պետք է սահմանափակվի 10 հազար տարով։ Մինչ օրս օպտիկական օբյեկտներից մոտ 200-ը համարվում են քվազարներ։

4. Արեգակնային տիեզերական ճառագայթներ.Արեգակը Երկրին ամենամոտ աստղն է։ Այս աստղը գտնվում է անշարժ վիճակում և, հետևաբար, Գալակտիկայի մասշտաբով PCR-ների որևէ նկատելի աղբյուր չէ: Բայց քանի որ Երկիրը շատ մոտ է Արեգակին, այն հասանելի է Արեգակից հոսող պլազմայի՝ արևային քամու համար: Արեգակնային քամին կազմված է պրոտոններից և էլեկտրոններից։ Այն սկիզբ է առնում բարձրացող գազադինամիկ հոսքերից՝ ջահերը ֆոտոսֆերային շերտում և զարգանում քրոմոսֆերայում։

Արեգակնային քամու մասնիկների էներգիան, սակայն գալակտիկական ճառագայթների հետ համեմատած, շատ փոքր է. էլեկտրոնների համար E≈10 4 eV, պրոտոնների համար ոչ ավելի, քան 10 11 N eV: Արեգակի մակերևույթի վրա պայթուցիկ պրոցեսների ակտիվացման ժամանակ (արևի ակտիվության ժամանակաշրջան) Երկրի ուղեծրում արեգակնային քամու մասնիկների կոնցենտրացիան հարյուրավոր անգամ ավելի է, քան գալակտիկական ճառագայթների մասնիկների կոնցենտրացիան։ Ուստի արեգակնային քամու ազդեցությունը ցամաքային գործընթացների վրա արեգակնային ակտիվության ժամանակաշրջանում շատ ավելի նկատելի է գալակտիկական ճառագայթների համեմատ։ Այս պահին խաթարվում է ռադիոհաղորդակցությունը, տեղի են ունենում գեոմագնիսական փոթորիկներ և բևեռափայլեր։ Բայց միջին հաշվով արեգակնային տիեզերական ճառագայթների ներդրումը Երկրի վրա փոքր է։ Ինտենսիվությունը կազմում է 1-3%։

5. Երկրորդային տիեզերական ճառագայթներՊՇՌ-ի փոխազդեցության ժամանակ առաջացած մասնիկների հոսքն է Երկրի մթնոլորտի նյութի հետ։ Հաճախ նյութի մեջ մասնիկի անցումը բնութագրվում է նրա միջին ճանապարհով l մինչև միջավայրի միջուկի հետ փոխազդեցությունը: Հաճախ միջին վազքը արտահայտվում է նյութի զանգվածով 1 սմ 2 մակերեսով և l բարձրությամբ սյունակում։ Այսպիսով, երկրագնդի մթնոլորտի ամբողջ հաստությունը 1000 գ/սմ2 է։ Պրոտոնների համար l միջակայքը համապատասխանում է 70-80 գ/սմ 2, α-մասնիկների համար՝ 25 գ/սմ 2, ավելի ծանր միջուկների համար այս արժեքը նույնիսկ ավելի քիչ է։ Պրոտոնի Երկրի մակերեսին հասնելու հավանականությունը հայտնաբերվում է Բուգերի օրենքից։ I/I 0 =exp(-x/l)=exp(-1000/70)≈10 -7: 10 միլիոն առաջնային պրոտոններից միայն մեկն է հասնելու Երկիր: α-մասնիկների և միջուկների համար այս թիվը նույնիսկ ավելի փոքր է։ Երկրորդական տիեզերական ճառագայթներում առանձնանում են 3 բաղադրիչ՝ միջուկային ակտիվ (հադրոն), կոշտ (մյուոն) և փափուկ (էլեկտրոն-ֆոտոն)։

ա. Միջուկային ակտիվ բաղադրիչպարունակում է պրոտոններ և նեյտրոններ, որոնք առաջանում են պրոտոնների և բարձր էներգիայի PCR E 0 > 1 ԳեՎ մասնիկների փոխազդեցությունից երկրագնդի մթնոլորտի ատոմների միջուկների հետ, հիմնականում ազոտ N և O թթվածին: Երբ մասնիկը հարվածում է միջուկին, մոտավորապես կեսը նրա էներգիան ծախսվում է E≈0,2 ԳեՎ էներգիա ունեցող մի քանի նուկլոններ տապալելու, վերջնական միջուկի գրգռման և հարաբերական մասնիկների բազմակի արտադրության վրա։ Հիմնականում սրանք պիոններ π + , π 0 , π - : Դրանց թիվը E 0 ≈0.2 ԳէՎ էներգիայով մեկ առաջնային պրոտոնի համար կարող է հասնել մինչև 10-ի: Գրգռված միջուկը, քայքայվող, արձակում է ևս մի քանի նուկլեոններ կամ α-մասնիկներ: Առաջացող նուկլեոնները և առաջնային մասնիկը, փոխազդելով մթնոլորտի միջուկների հետ, հանգեցնում են միջուկային կասկադի զարգացմանը։ Պրոտոնները և այլ ցածր էներգիայի աղտոտված մասնիկները, որոնք հայտնվում են յուրաքանչյուր բախման իրադարձության ժամանակ, արագորեն դանդաղում և կլանվում են իոնացման կորուստների արդյունքում: Մյուս կողմից, նեյտրոնները մասնակցում են միջուկային ակտիվ մասնիկների հետագա բազմապատկմանը մինչև ամենացածր էներգիաները։

բ. Կոշտ (մյուոն) բաղադրիչծնվում է E≤100 ԳեՎ էներգիա ունեցող լիցքավորված պիոնների միջուկային կասկադում՝ քայքայվելով ըստ սխեմայի՝ π ± →μ ± + ν μ (ṽ μ), որտեղ μ ± լիցքավորված մյուոններ են։ Նրանց հանգստի զանգվածը 207 մ է է, իսկ կյանքի միջին տևողությունը սեփական հղման համակարգում τ 0 =2*10 6 վրկ; ν m (ṽ m) - մյուոնային նեյտրինո (հակինեյտրինո): Մյուոններն իրենց հերթին քայքայվում են ըստ սխեմայի՝ μ - →e - *ṽ, μ + →e + *ν։ Քանի որ մյուոնների արագությունները մոտ են լույսի արագությանը, ուստի, հարաբերականության տեսության համաձայն, նրանց կյանքի միջին տևողությունը Երկրի հետ կապված հղման համակարգում բավականին մեծ է ստացվում։ Արդյունքում մյուոնները ժամանակ ունեն անցնելու ողջ մթնոլորտով և նույնիսկ մոտ 20 մ հողով: Դա պայմանավորված է նաև նրանով, որ մյուոնները և առավել ևս նեյտրինոները թույլ են փոխազդում նյութի հետ։ Այդ իսկ պատճառով մյուոնների և նեյտրինոների հոսքը կոչվում է երկրորդական տիեզերական ճառագայթների կոշտ կամ թափանցող բաղադրիչ։

ե. Փափուկ (էլեկտրոն-ֆոտոն) բաղադրիչ.Նրա հիմնական աղբյուրը չեզոք պիոններ π 0 են, որոնք առաջացել են միջուկային բախման ժամանակ։ Լիցքավորված π + և π - պիոնների համեմատ, որոնց կյանքի տևողությունը 2*10 -6 վ է, չեզոք պիոնները ավելի արագ են քայքայվում, նրանց կյանքի միջին տևողությունը τ=1,8*10 -16 վ է։ Իր ծննդյան վայրից π 0 -պիոնը ժամանակ ունի անցնելու աննշան հեռավորություն x≈c*τ= 3*10 8 *1.8*10 -16 = 5*10 -8 մ և քայքայվում է երկու բարձր էներգիայով γ. -քվանտա՝ π0 → γ + γ: Այս էներգետիկ γ-քվանտները միջուկների դաշտում քայքայվում են էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգերի՝ γ → e - + e +: Ստացված էլեկտրոններից յուրաքանչյուրն ունի մեծ արագություն և միջուկների հետ բախվելիս արտանետում է bremsstrahlung γ-քվանտա, e - → e - + γ.. Եվ այսպես շարունակ։ Տեղի է ունենում ավալանշանման գործընթաց։

Էլեկտրոնների, պոզիտրոնների և γ-քվանտների քանակի ավելացում տեղի կունենա այնքան ժամանակ, մինչև մասնիկների էներգիան կնվազի մինչև 72 ՄՎ։ Դրանից հետո էներգիայի գերակշռող կորուստները պայմանավորված են մասնիկների մեջ ատոմների իոնացմամբ և γ ճառագայթներում Comptoion ցրմամբ։ Ցնցուղի մեջ մասնիկների քանակի աճը դադարում է, և դրա առանձին մասնիկները ներծծվում են։ Փափուկ բաղադրիչի առավելագույն զարգացումը տեղի է ունենում մոտ 15 կմ բարձրության վրա:

Առաջնային մասնիկների շատ բարձր էներգիաների դեպքում E 0 >: Երկրի մթնոլորտում 10 5 ԳէՎ էլեկտրոն-ֆոտոնների կասկադային ձնահյուսերը ձեռք են բերում ընդարձակ օդային ցնցումների առանձնահատկություններ: Նման ցնցուղի զարգացումը սկսվում է 20-25 կմ բարձրության վրա: Մասնիկների ընդհանուր թիվը կարող է հասնել 10 8 -10 9: Քանի որ ցնցուղի մեկ մասնիկը ունի մոտավորապես 1 ԳեՎ էներգիա, առաջնային մասնիկի էներգիան կարելի է գնահատել ցնցուղի մասնիկների քանակից:

Նման կասկադային ցնցուղների առկայությունը հայտնաբերվել է 1938 թվականին ֆրանսիացի Պիեռ Օժերի կողմից։ Հետեւաբար, դրանք հաճախ կոչվում են Auger ցնցուղներ: