Космічні промені: відмінності між версіями

[неперевірена версія][неперевірена версія]
Вилучено вміст Додано вміст
Jstvdk (обговорення | внесок)
Добавлена інформація про джерела космічних променів
Jstvdk (обговорення | внесок)
Добавлена інформація про взаємодію космічних променів з атмосферою Землі
Рядок 17:
Ранні припущення про походження космічних променів датуються 1934 роком, коли [[Фріц Цвіккі]] та Вальтер Бааде запропонували ідею виникнення космічних променів, як результат процесів у [[наднова|наднових]].<ref name=BaadeZwicky1934>{{cite journal | last1 = Baade | first1 = W. | last2 = Zwicky | first2 = F. | year = 1934 | title = Cosmic Rays from Super-novae | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 20 | issue = 5 | pages = 259–263 | publisher = National Academy of Sciences | jstor =86841 | doi=10.1073/pnas.20.5.259|bibcode = 1934PNAS...20..259B }}</ref> А у 1948 році, Хорес Бебкок припустив, що змінні магнітні зорі теж можуть бути джерелом космічних променів.<ref name=babcock-1948>{{Cite journal | last1 = Babcock | first1 = H. | title = Magnetic Variable Stars as Sources of Cosmic Rays | doi = 10.1103/PhysRev.74.489 | journal = Physical Review | volume = 74 | issue = 4 | pages = 489 | year = 1948 | pmid = | pmc = |bibcode = 1948PhRv...74..489B }}</ref> Згодом, Й. Секідо та ін., ідентифікували [[Крабоподібна туманність|Крабоподібну туманність]] як джерело космічних променів.<ref name=sediko-1951>{{Cite journal | last1 = Sekido | first1 = Y. | last2 = Masuda | first2 = T. | last3 = Yoshida | first3 = S. | last4 = Wada | first4 = M. | title = The Crab Nebula as an Observed Point Source of Cosmic Rays | doi = 10.1103/PhysRev.83.658.2 | journal = Physical Review | volume = 83 | issue = 3 | pages = 658–659 | year = 1951 | pmid = | pmc = |bibcode = 1951PhRv...83..658S }}</ref> З тих пір, почала з'являтись велика кількість різноманітних потенційних джерел космічних променів, в тому числі [[наднова|наднові]], [[активні ядра галактик]], [[квазар|квазари]] та [[гамма-спалахи|гамма-спалахи]].<ref name=cosmicraysources>{{cite web|last=Gibb|first=Meredith|title=Cosmic Rays|url=http://imagine.gsfc.nasa.gov/docs/science/know_l1/cosmic_rays.html|work=Imagine the Universe|publisher=NASA Goddard Space Flight Center|accessdate=17 March 2013|date=3 February 2010}}</ref> Наступні експерименти допомогли визначити джерела космічних променів з більшою достовірністю. У 2009 році, у статті представленій вченими з обсерваторії П'єра Оже на Міжнародній Конференції Космічних Променів, було показано, що космічні промені надвисоких енергій зароджуються в області неба, дуже близькій до [[радіогалактика|радіогалактики]] Кентавр А, хоча автори спеціально зазначили, що для безумовного підтвердження Кентавр А, як джерела космічних променів, необхідні подальші дослідження.<ref name=auger-2009-1>{{cite conference | url=http://www.auger.org/technical_info/ICRC2009/arxiv_astrophysics.pdf | title=Correlation of the Highest Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects in Pierre Auger Observatory Data | accessdate=17 March 2013 | author=Hague, J. D. | booktitle=Proceedings of the 31st ICRC, Łódź 2009 |date=July 2009 | conference=International Cosmic Ray Conference | location=Łódź, Poland | pages=6–9}}</ref> Однак не було знайдено ніякої [[кореляція|кореляції]] між частотою [[гамма-спалахи|гамма-спалахів]] і космічними прмоменями, в результаті чого, авторам прийшлось встановити нижню межу енергії космічних променів з [[гамма-спалахи|гамма-спалахів]] до 3.4 × 10<sup>-6</sup> ерг см<sup>-2</sup>, на потік від 1 Гев до 1 Тев.<ref name=auger-2009-2>{{cite journal |author=Hague, J. D. |title=Correlation of the Highest Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects in Pierre Auger Observatory Data |url=http://www.auger.org/technical_info/ICRC2009/arxiv_astrophysics.pdf |journal=Proceedings of the 31st ICRC, Łódź, Poland 2009 - International Cosmic Ray Conference|date=July 2009 |pages=36–39 |accessdate=17 March 2013 }}</ref> У 2009 році [[наднова|наднові]], як заявили дослідники, були скуті відкриттям зробленим групою вчених з використанням даних з [[Дуже Великий Телескоп|Дуже Великого Телескопа]].<ref name=moskowitz-2009>{{cite web | url=http://www.space.com/6890-source-cosmic-rays-pinned.html | title=Source of Cosmic Rays Pinned Down | publisher=TechMediaNetwork | work=Space.com | date=25 June 2009 | accessdate=20 March 2013 | author=Moskowitz, Clara}}</ref> Однак, цей аналіз був оспорений данними з телескопу [[PAMELA]], які продемонстрували що "спектральні форми (ядер [[водень|водню]] і [[гелій|гелію]]) різні, і не можуть достовірно описуватись єдиним законом", що в свою чергу передбачає більш складний процес утворення космічних променів.<ref name=piccoza-2011>{{Cite journal | last1 = Adriani | first1 = O. | last2 = Barbarino | first2 = G. C. | last3 = Bazilevskaya | first3 = G. A. | last4 = Bellotti | first4 = R. | last5 = Boezio | first5 = M. | last6 = Bogomolov | first6 = E. A. | last7 = Bonechi | first7 = L. | last8 = Bongi | first8 = M. | last9 = Bonvicini | first9 = V. | last10 = Borisov | doi = 10.1126/science.1199172 | first10 = S. | last11 = Bottai | first11 = S. | last12 = Bruno | first12 = A. | last13 = Cafagna | first13 = F. | last14 = Campana | first14 = D. | last15 = Carbone | first15 = R. | last16 = Carlson | first16 = P. | last17 = Casolino | first17 = M. | last18 = Castellini | first18 = G. | last19 = Consiglio | first19 = L. | last20 = De Pascale | first20 = M. P. | last21 = De Santis | first21 = C. | last22 = De Simone | first22 = N. | last23 = Di Felice | first23 = V. | last24 = Galper | first24 = A. M. | last25 = Gillard | first25 = W. | last26 = Grishantseva | first26 = L. | last27 = Jerse | first27 = G. | last28 = Karelin | first28 = A. V. | last29 = Koldashov | first29 = S. V. | last30 = Krutkov | first30 = S. Y. | title = PAMELA Measurements of Cosmic-Ray Proton and Helium Spectra | journal = Science | volume = 332 | issue = 6025 | pages = 69–72 | year = 2011 | pmid = 21385721| pmc = |arxiv = 1103.4055 |bibcode = 2011Sci...332...69A }}</ref> Проте, у лютому 2013, спостереження нейтрального розпаду [[піон|піонів]] на основі аналізу даних з телескопу [[GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope)|Fermi]], показали що [[наднова|наднові]] дійсно були джерелом космічних променів, причому кожен вибух продукує приблизно 3 × 10<sup>42</sup> - 3 × 10<sup>43</sup> Дж космічних променів. Однак [[наднова|наднові]] не вирішують повністю питання про походження космічних променів, і навіть питання про їхній внесок у загальну кількість космічних променів, не може бути вирішене без подальших досліджень в цьому напрямку.<ref name=jha-2013>{{cite web | url=https://www.theguardian.com/science/2013/feb/14/cosmic-ray-mystery-solved | title=Cosmic ray mystery solved | publisher=Guardian News and Media Limited | work=The Guardian | date=14 February 2013 | accessdate=21 March 2013 | author=Jha, Alok}}</ref>
 
== Взаємодія космічних променів з земною атмосферою ==
Потік галактичних космічних променів, які бомбардують Землю, приблизно [[ізотропія|ізотропний]] і постійний в часі, складає ~1 частинка/см<sup>2</sup>с (до входження в [[Атмосфера землі|земну атмосферу]]). Густина енергії галактичних космічних променів ~1 еВ/см<sup>3</sup>, що порівняно з сумарною енергією електромагнітного випромінювання зірок, теплового руху міжзоряного газу і галактичного магнітного поля. Таким чином, галактичні промені - важливий компонент [[Чумацький Шлях|Галактики]].
В результаті взаємодії з ядрами атмосфери, первинні космічні промені (в основному [[протон|протони]]) створюють велику кількість вторинних частинок - [[піон|піонів]], [[протон|протонів]], [[нейтрон|нейтронів]], [[мюон|мюонів]], [[електрон|електронів]], [[позитрон|позитронів]] і [[фотон|фотонів]]. Таким чином, замість однієї первинної частинки виникає велика кількість вторинних частинок, які діляться на [[адрон|адронну]], [[мюон|мюонну]] і електронно-фотонну компоненти. Такий каскад покриває велику територію і називається широкою атмосферною зливою. В одному акті взаємодії, [[протон]] зазвичай втрачає ~50% своєї енергії, а в результаті взаємодії виникають в основному [[піон|піони]]. Кожна наступна взаємодія первинної частинки добавляє в каскад нові [[адрон|адрони]], які летять переважно в напрямку первинної частинки, утворюючи адронний кор зливи. Утворенні піони можуть взаємодіяти з ядрами атмосфери, а можуть розпадатись, формуючи мюонну і електронно-фотонну компоненту зливи. Адронна компонента до поверхні Землі практично не доходить, перетворюючись в мюони, нейтрино і гамма-кванти в результаті розпадів.
π<sup>0</sup> → 2γ ,
π<sup>+</sup>(або K<sup>+</sup>) → μ<sup>+</sup> + ʊ<sub>μ</sub>,
π<sup>-</sup>(або K<sup>-</sup>) → μ<sup>-</sup> + ʊ̃<sub>μ</sub>,
K<sup>+,–,0</sup> → 2π,
μ<sup>+</sup> → e<sup>+</sup> + ʊ<sub>e</sub> + ʊ̃<sub>μ</sub>,
μ<sup>–</sup> → e<sup>–</sup> + ʊ̃<sub>e</sub> + ʊ<sub>μ</sub>.
Утворені при розпаді нейтральних піонів гамма-кванти породжують електрон-позитронні пари і гамма-кванти наступних поколінь. Заряджені лептони втрачають енергію на іонізацію і радіаційне тормозіння. Поверхні Землі в основному досягають релятивістські мюони. Електронно-фотонна компонента поглинається сильніше. Один протон з енергією > 10<sup>14</sup> еВ може створити 10<sup>6</sup> - 10<sup>9</sup> вторинних частинок. На поверхні Землі адронні зливи концентруються в області порядку декількох метрів, електрон-фотонна компонента - в області ~100 м, мюонна - декількох сотень метрів. Потік космічних променів на рівні моря приблизно в 100 раз менший потоку первинних космічних променів.
 
== Космічні промені на земній поверхні ==