Po raz pierwszy zaobserwowano pozagalaktyczne promieniowanie kosmiczne
Międzynarodowy zespół badawczy - z Polakami w składzie - zaobserwował pozagalaktyczne promieniowanie kosmiczne, czyli promieniowanie pochodzące spoza Drogi Mlecznej. Rezultaty badań ukazały się w czasopiśmie "Physical Review D".
21.05.2013 | aktual.: 21.05.2013 21:05
O wynikach eksperymentu o nazwie KASCADE-Grande poinformowało Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ). Specjalna sieć detektorów o nazwie KASCADE-Grande służy do rejestrowania szerokiego zakresu energii promieniowania kosmicznego. Pod tym pojęciem fizycy i astronomowie rozumieją wysokoenergetyczne cząstki docierające do Ziemi z przestrzeni kosmicznej. Uważa się, że cząstki o energiach mniejszych niż pewna graniczna wartość są generowane w naszej Galaktyce. Dopiero cząstki o energiach większych mogą mieć pochodzenie pozagalaktyczne.
- Strumień promieni kosmicznych, czyli tak zwanych cząstek pierwotnych, bardzo szybko ubywa wraz ze wzrostem energii. Nieco powyżej 1015 elektronowoltów szybkość tego ubywania (nachylenie widma) jeszcze bardziej wzrasta, można wtedy w widmie promieniowania kosmicznego zaobserwować załamanie, zwane "kolanem" - tłumaczy prof. dr hab. Janusz Zabierowski z Zakładu Promieniowania Kosmicznego NCBJ, kierownik polskiej grupy w eksperymencie i przewodniczący Komitetu Sterującego Współpracy KASCADE-Grande.
Do tej pory uważano, że graniczną energią promieniowania kosmicznego jest co najmniej 10 trylionów elektronowoltów (10 do potęgi 18). Najnowsze wyniki eksperymentu KASCADE-Grande wskazują, że energia ta może być o rząd wielkości niższa. Okazało się też, że położenie "kolana" zależy do tego, czy mamy do czynienia z lekkimi czy ciężkimi cząstkami promieniowania kosmicznego (np. dla żelaza jest ono przy energii 26 razy wyższej niż dla wodoru). Oprócz tego, powyżej granicznej wartości zaobserwowano spłaszczenie widma dla cząstek lekkich - badacze uważają, że jest to dowód na wykrycie nowej, pozagalaktycznej składowej w promieniowaniu kosmicznym.
Strumień cząstek promieniowania kosmicznego o najwyższych energiach jest zbyt słaby dla pomiarów satelitarnych lub za pomocą balonów stratosferycznych. Naukowcy potrafią jednak sobie z tym poradzić i wykorzystują jako "instrument" atmosferę naszej planety. Gdy cząstka promieniowania kosmicznego o dużej energii wpada w ziemską atmosferę, zderza się z atomami i cząsteczkami gazów w atmosferze. W wyniku zderzeń powstają różne cząstki o dużych energiach, które inicjują kolejne rozpady i zderzenia. Na koniec do powierzchni Ziemi dociera strumień milionów cząstek, zwany pękiem atmosferycznym, rozciągający się na obszar wielu kilometrów (nawet do rozmiarów województwa). Detektory naziemne wykrywają właśnie tego rodzaju atmosferyczne pęki cząstek.
Projekt KASCADE obejmuje detektor działający w Niemczech na terenie Kampusu Północnego Instytutu Technologicznego w Karlsruhe (KIT). Początkowo była to sieć instrumentów rozmieszczona w kwadracie o boku 200 metrów. Później, na początku XXI wieku instrument poszerzono o dodatkowe 37 stacji, zwiększając rozmiary do kwadratu o boku 700 metrów. Poszerzony eksperyment otrzymał nazwę KASCADE-Grande (KArlsruhe Shower Core and Array DEtector with Grande extension).
W ramach projektu współpracują naukowcy z dziesięciu instytucji z Brazylii, Holandii, Niemiec, Meksyku, Polski, Rumunii i Włoch. Polska jest reprezentowana przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych, które bierze udział w eksperymencie od jego pierwszej wersji (od 1989 roku, wówczas pod nazwą Instytut Problemów Jądrowych).
Rezultaty badań eksperymentu KASCADE-Grande opublikowano w czasopiśmie "Physical Review D". Wykrycie pozagalaktycznego promieniowania kosmicznego będzie musiało jeszcze zostać potwierdzone przez inne podobne eksperymenty, na przykład detektor w Obserwatorium Pierre Auger w Argentynie.
