Kosmische Strahlung sind wirklich subatomare Teilchen, hauptsächlich Protonen (Wasserstoffkerne) und gelegentlich Helium oder schwerere Atomkerne und sehr selten Elektronen. Teilchen der kosmischen Strahlung sind sehr energiereich, da sie eine beträchtliche Geschwindigkeit und damit einen beträchtlichen Impuls haben.
Das 1991 über Utah entdeckte Oh-My-God-Teilchen war wahrscheinlich ein Proton, das sich mit 0,999 (und weitere 20 x 9 s später) der Lichtgeschwindigkeit bewegte, und es hatte angeblich die gleiche kinetische Energie wie ein Baseball, der sich mit 90 Kilometern weit fortbewegte Stunde.
Seine kinetische Energie wurde auf 3 x 10 . geschätztzwanzigElektronenvolt (eV) und hätte die Kollisionsenergie von 7,5 x 1014eV, wenn es auf ein atmosphärisches Teilchen trifft – da es bei der Kollision nicht seine gesamte kinetische Energie abgeben kann. Sich schnell bewegende Trümmer tragen einen Teil davon weg und es gibt auch einen gewissen Wärmeverlust. Auf jeden Fall ist dies immer noch etwa das 50-fache der Kollisionsenergie, die der Large Hadron Collider (LHC) voraussichtlich bei voller Leistung erzeugen kann. Das gibt Ihnen also eine solide Grundlage, um über Weltuntergangssänger zu spotten, die immer noch davon überzeugt sind, dass der LHC die Erde zerstören wird.
Jetzt sind die meisten Teilchen der kosmischen Strahlung niederenergetisch, bis zu 1010eV – und lokal entstehen von Sonneneruptionen. Eine weitere energiegeladenere Klasse, bis zu 10fünfzehneV, vermutlich von einem anderen Ort in der Galaxie stammen. Ihre genaue Quelle ist schwer zu bestimmen, da die Magnetfelder der Galaxie und des Sonnensystems ihre Bahnen so ändern, dass sie am Himmel eine gleichmäßige Verteilung haben – als kämen sie von überall.
Aber in Wirklichkeit sind diese Galaktische kosmische Strahlung stammen wahrscheinlich von Supernovae – möglicherweise in einem verzögerten Freisetzungsprozess, während Partikel im anhaltenden Magnetfeld eines Supernova-Überrests hin und her prallen, bevor sie in die weitere Galaxie katapultiert werden.
Und dann gibt es extragalaktische kosmische Strahlung , die von der Oh-My-God-Variante sind, mit einem Energieniveau von mehr als 10fünfzehneV, sogar selten über 10zwanzigeV – die formaler betitelt sind Ultrahochenergetische kosmische Strahlung . Diese Teilchen bewegen sich sehr nahe an der Lichtgeschwindigkeit und müssen eine Menge Kick gehabt haben, um solche Geschwindigkeiten zu erreichen.
Linkes Bild:Das Energiespektrum der kosmischen Strahlung, die sich der Erde nähert. Kosmische Strahlung mit niedriger Energie kommt in großer Zahl von Sonneneruptionen (gelber Bereich). Seltenere, aber energiereichere kosmische Strahlung, die von anderen Teilen der Galaxie stammt, liegt im blauen Bereich. Die am seltensten verbreitete, aber energiereichste extragalaktische kosmische Strahlung liegt im violetten Bereich.Rechtes Bild:Die Leistung des aktiven galaktischen Kerns von Centaurus A dominiert den Himmel im Radiolicht - dies ist seine scheinbare Größe im Verhältnis zum Vollmond. Es ist wahrscheinlich, dass fast alle extragalaktischen kosmischen Strahlen, die die Erde erreichen, von Centaurus A stammen.
Der Ursprung der extragalaktischen kosmischen Strahlung ist jedoch traditionell von einer vielleicht übertriebenen Aura des Mysteriums umgeben – wie der Titel Oh-My-God veranschaulicht.
In Wirklichkeit sind der Entfernung eines ultrahochenergetischen Teilchens Grenzen gesetzt – denn wenn sie nicht mit etwas anderem kollidieren, stoßen sie irgendwann auf die Greisen – Zatsepin – Kuzmin (GZK) Grenze . Dies stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass ein sich schnell bewegendes Teilchen schließlich mit einem kosmischen Mikrowellen-Hintergrundphoton kollidiert und dabei Impulsenergie und Geschwindigkeit verliert. Es stellt sich heraus, dass extragalaktische kosmische Strahlung Energien von über 1019eV kann nicht aus einer Quelle stammen, die weiter als 163 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist – einer Entfernung, die als GZK-Horizont bekannt ist.
Jüngste Beobachtungen der Pierre-Auger-Observatorium haben eine starke Korrelation zwischen extragalaktischen kosmischen Strahlenmustern und der Verteilung naher Galaxien mit aktiven Galaxienkernen gefunden. Biermann und Souza haben nun ein evidenzbasiertes Modell für die Entstehung der galaktischen und extragalaktischen kosmischen Strahlung entwickelt – mit einer Reihe von überprüfbaren Vorhersagen.
Sie schlagen vor, dass extragalaktische kosmische Strahlung in supermassiven Akkretionsscheiben Schwarzer Löcher, die die Grundlage der aktiven galaktischen Kerne sind, gedreht wird. Darüber hinaus schätzen sie, dass fast alle extragalaktische kosmische Strahlung, die die Erde erreicht, von Centaurus A . Also kein großes Mysterium – in der Tat ein reiches Gebiet für weitere Forschungen. Teilchen von einer aktiven supermassiven Akkretionsscheibe für Schwarze Löcher in einer anderen Galaxie werden vor unsere Haustür geliefert.
Weiterlesen:Biermann und Souza Über einen gemeinsamen Ursprung der galaktischen und extragalaktischen kosmischen Strahlung.
