Egzotični izvori najekstremnije svjetlosti svemira

NGC 3603

Kozmičko zračenje može doći iz jata velikih, vrućih zvijezda poput NGC 3603, koje se nalaze okružene ovom šarenom maglinom udaljenom 20.000 svjetlosnih godina u sazviježđu Carina. (Kredit za sliku: NASA/U. Virginia/INAF, Bologna, Italija/USRA/Ames/STScI/AURA)



Paul M. Sutter je astrofizičar u Državno sveučilište Ohio , domaćin Pitajte svemirca i Svemirski radio , i autor knjige ' Vaše mjesto u svemiru '(Prometheus Books, 2018.). Sutter je ovaj članak pridonio časopisu demokratija.eu's Expert Voices: Op-Ed & Insights.



Svima nam je u ovom ili onom obliku poznata svjetlost. Nešto svjetla možemo vidjeti, poput relativno uskog vidljivog spektra koji uključuje boje duge. Drugu svjetlost ne možemo vidjeti, ali je možemo osjetiti: Na primjer, toplina koju osjetimo od sunca toplog ljetnog dana dolazi od nevidljivog infracrvenog zračenja koje izlazi iz naše roditeljske zvijezde. A postoji čak i svjetlost koju možemo otkriti samo ekstremnim dozama: ultraljubičasto opekline od dugog dana na plaži ili opasni učinci gama-zraka s radioaktivnog objekta.

To ekstremno svjetlo ima najegzotičnije izvore u svemiru. Dok većina oblika zračenja dolazi od bilijuna na trilijune relativno mirnih zvijezda ili ultrahladne pozadine zaostale svjetlosti iz samog Velikog praska (kozmička mikrovalna pozadina), kozmos je pun nekih fantastično energičnih događaja. I u tim događajima nalazimo neke doista izvan svijeta metode proizvodnje zračenja. [ Unutar NASA -ine misije sondi za oluju s radijacijskim pojasom (infografika) ]



Krug i krug idemo

Zamislite tipičnu radio antenu koja stvara zračenje (u obliku radijskih valova za uključivanje u stereo uređaj vašeg automobila) mašući elektronima gore -dolje po svojoj dužini. Naprijed-natrag, naprijed-natrag, te ubrzavajuće, nabijene čestice šalju oštre radio signale iz antene.

Zamislite da povećate brzinu odbijajućih elektrona, šaljući ih mahnito putujući gore -dolje po anteni, pri čemu stvaraju jače radio valove. To bi brzo postalo iscrpljujuće, pa da biste stvari učinili učinkovitijima, savijte antenu u krug i upotrijebite nešto poput supermoćnih magneta za slanje tih naboja koji vrište uz brzinu svjetlosti.

Sada, 'ubrzanje' može značiti zaustavljanje i pokretanje, kao u slučaju linearne radio antene, ali može značiti i promjenu smjera, poput praćenja putanje kruga, kao u slučaju naše nove naprave. Dakle, ti vrtložni elektroni i dalje uspijevaju slati zračenje i sada su sposobni emitirati ultraljubičasto i X-zrake visoke energije. I umjesto da širi to zračenje u širokom prskanju, ono se koncentrira u uski snop, više nalikujući farovima automobila koji brzo skreću u zavoj.



Ovo zračenje prvi je put opaženo u sinkrotronu (uređaju koji radi točno onako kako je gore opisano), otuda i naziv sinkrotronsko zračenje, ali priroda to može učiniti u izobilju: Kad god se jaka magnetska polja spoje s elektronima, poput mlazova koji izlaze iz aktivne galaktičke jezgre, sinkrotronska stranka može započeti.

Brzina osnove

Svi znamo da je brzina svjetlosti brzina svjetlosti - najbrža od svih. Ništa nikada ne može pobijediti snop svjetlosti u utrci jedan na jedan ... u čistom vakuumu. No, pri putovanju kroz materijal brzina svjetlosti može se znatno usporiti. Na primjer, u vodi zračenje putuje samo tri četvrtine uobičajenog ritma.

A s tako zagušenim svjetlom ništa ne sprječava česticu brzih nogu da je pobijedi u igri brzine.



Ako objekt putuje brže od brzine zvuka kroz medij, poput nadzvučnog mlaza koji prolazi kroz atmosferu, stvara gomilu zvučnih valova tzv. zvučni bum . Po analogiji - a analogije su najbolji način da se ovdje dođe, budući da je fiziku vrlo teško opisati - nabijena čestica koja ide brže od svjetlosti kroz medij stvara gomilu svjetlosnih valova - aka zračenja.

Ovo ultraljubičasto svjetlo, poznato kao Čerenkovljevo zračenje u čast otkrića, Pavela Čerenkova, obično se vidi u nuklearnim reaktorima i eksperimentima fizike velikih energija, gdje se čestice koje se brzo kreću probijaju kroz vodene kupke. Ni oni nisu samo nusprodukt Velike znanosti-koriste se u najsuvremenijim eksperimentima za praćenje podrijetla čestica super-energije koje padaju poput kozmičkih metaka iz svemira.

Koči

Posljednji primjer ima fantastično njemački naziv: 'bremsstrahlung', koji se otprilike prevodi kao 'kočenje zračenjem'. Još jednom, ovaj oblik zračenja zahtijeva velike energije i nabijene čestice. U ovom slučaju, ako imate moćnu kombinaciju lakih, brzo pokretnih čestica (poput elektrona) i teških, sporo pokretnih čestica (poput protona ili atomskih jezgri), dobit ćete mnogo svjetla sa hladnim imenom.

Kako se elektroni zip -u okolo, ponekad se približavaju jezgrama, pa im se pružaju veće šanse za to ako imaju puno energije. Ako su temperature dovoljno visoke, neće se zarobiti i formirati atome. Umjesto toga, oni će samo osjetiti kratko međusobno privlačenje (budući da su suprotni naboji i sve to), lagano navlačeći elektron i gurajući ga u malo drugačiji smjer nego što je prvotno krenuo. A budući da je promjena smjera ubrzanje, a ubrzane nabijene čestice emitiraju svjetlost, emitira se svjetlo ...

To se može dogoditi samo u vrlo energičnim okruženjima, pa tipično mjehurić dolazi u obliku rendgenskih zraka. Postoji jedno posebno okruženje u svemiru koje je jednostavno izvrsno za stvaranje bremsstrahlung: najveće gravitacijski vezane strukture u svemiru.

Skupovi galaksija su dom za tisuće ili više galaksija, a sve se kreću unutar volumena milijuna svjetlosnih godina sa strane. No, galaksije nisu same; plivaju kroz vruću, ali izuzetno tanku juhu od plazme poznatu kao medij unutar klastera. Ovaj je medij sačinjen-pogađate-lagani elektroni i teški nukleoni, a kad pogledamo te grozdove s rendgenskim teleskopima, vidimo goleme užarene mrlje visokoenergetskog rendgenskog zračenja: bremsstrahlung.

Saznajte više slušajući epizodu 'Što se događa pri sudaru galaksija?' na podcastu Ask A Spaceman, dostupnom na iTunes i na webu u http://www.askaspaceman.com . Hvala Ricku B. i Either L. na pitanjima koja su dovela do ovog djela! Postavite vlastito pitanje na Twitteru koristeći #AskASpaceman ili slijedeći Paula @PaulMattSutter i facebook.com/PaulMattSutter . Pratite nas na Twitteru @Spacedotcom Facebook. Originalni članak o demokratija.eu .