からの観察を使用して、 ブドウ-3 インドと日本の物理学者は、ミュオン検出器を利用して、宇宙線エネルギースペクトルのよく理解されていない領域を前例のないほど詳細に調査しました。ファヒム・ヴァルシ インド工科大学カンプール校 と同僚らは、スペクトルのねじれの形でこれまで見られなかった特徴を特定しました。この観測結果は、宇宙線の起源を再考する必要があることを示唆しています。
宇宙線は主に陽子とヘリウム原子核で構成され、地球の大気を絶えず攻撃する高エネルギーの粒子です。宇宙線は大気と相互作用する際に、電子、光子、ミューオンを含む二次粒子のシャワーを生成し、地球に降り注ぎます。
宇宙線は、1912 年にノーベル賞を受賞したビクター・ヘスによる観測で初めて確認されました。しかし、最初の検出から XNUMX 世紀以上が経過しても、これらの粒子の性質についてはまだ学ぶべきことがたくさんあります。天文学者は、宇宙線は星、超新星、活動銀河核などのさまざまな発生源から発生すると信じていますが、粒子は地球まで長距離を移動するときに磁場によって偏向されるため、その起源は完全には理解されていません。
正確な測定が必要
「宇宙線は宇宙で最もエネルギーの高い粒子であることが知られています」とチームメンバーは言う プラヴァタ・モハンティ ムンバイのタタ基礎研究所にて。 「宇宙線の起源、加速、伝播についての理解を進めるには、宇宙線の元素エネルギースペクトルの形状を正確に測定する必要があります。」
特に理解における明らかなギャップの 100 つは、1 TeV ～ XNUMX PeV の範囲のエネルギーにおける宇宙線スペクトルの中央にあります。このウィンドウでは、粒子のエネルギーが強すぎて宇宙ベースの検出器で直接検出できませんが、大量のシャワー粒子が地球上の検出器に到達するには十分なエネルギーではありません。
このエネルギー範囲をより詳細に調査するために、Varsi のチームは GRAPES-3 実験からの観察を調べました。これは、インド南部にある複数のシンチレーション検出器を備えたミュオン観測所です。この施設は海抜 2200 m に位置しており、ミュオンが大気と相互作用する前に検出することが容易になります。
「GRAPES-3には大面積検出器が搭載されており、宇宙線シャワー中のミューオン成分を介して宇宙線の元素組成を測定できるようになります」とモハンティ氏は説明する。 「宇宙ベースの検出器よりも数千倍大きい検出エリアにより、GRAPES-3 は測定において非常に高い統計的精度を保証します。」
4年間の学習
研究者らは、8 年と 460 年の 2014 日間に観察された約 2015 万件のシャワーイベントを評価しました。分析とエラー修正技術が複雑だったため、分析が完了するまでに XNUMX 年かかりました。研究チームは、その結果が中間エネルギー領域の初めての詳細な見解を提供すると述べている。
「この研究では、50 TeV から 1.3 PeV までの宇宙線の陽子スペクトルが測定され、宇宙ベースと地上ベースの両方の測定による観測結果が効果的に結び付けられました」とモハンティ氏は説明します。
ヴァルシのチームが発見した最も顕著な特徴の中には、約 166 TeV でのエネルギースペクトルのねじれがあり、わずかに高いエネルギーで予想よりも多くの宇宙陽子が検出されました。以前、地上での実験では、銀河から発生する宇宙線の最大エネルギーと考えられていた約3 PeVで同様のキンクが検出されていた。
この時点まで、研究者は一般に、観察された領域の陽子エネルギースペクトルは単純なべき乗則で説明できると想定していました。しかし、研究チームの発見はこの仮定を打ち砕くように思われる。
「これは、一般に超新星残骸であると考えられているある種類の線源が観測されたキンクまで宇宙線を効果的に加速する一方、キンクを超えると別の種類の線源が優勢になる可能性を示唆しています」とモハンティ氏は説明する。
これらの結果に基づいて、Varsi のチームは、これらの影響を説明する新しいモデルがすぐに出現することを期待しています。実現できれば、宇宙線がどのように発生し、加速し、銀河間距離を越えて伝播するのかについての理解を強化するのに役立つ可能性がある。
研究はで説明されています Physical Review Lettersに.
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- 情報源： https://physicsworld.com/a/kink-in-cosmic-ray-spectrum-puzzles-astrophysicists/
