لماذا تنمو نوى الأشعة الكونية الثقيلة بشكل غير متوقع مع الطاقة ✛ ✎ ✦

الأصل: "To the interpretation of the upturn observed by ATIC in heavy nuclei to iron ratios"
arXiv:1303.6102 · 2013-03-25 · arXiv non-exclusive · تحليل مستقل · 1 دقيقة
نموذج المجرة المغلقة مع الفقاعات المحلية يفسر الارتفاع الغامض في نسبة النوى الثقيلة إلى الحديد في بيانات ATIC.

ارتفع بالون ATIC فوق القارة القطبية الجنوبية والتقط جسيمات أقدم من الأرض نفسها. من بينها نوى ذرية من الكبريت إلى الكروم، وكلما زادت طاقتها، زادت نسبتها مقارنة بالحديد. كان النموذج القياسي لـ"الصندوق المثقوب" يتنبأ بالعكس: كان من المفترض أن تذوب النوى الثقيلة مثل الملح في الماء. لكن البيانات أصرت على الارتفاع.

الأشعة الكونية هي جسيمات مشحونة عالية الطاقة قادمة من الفضاء. تولد النوى الثانوية عند اصطدام النوى الأولية بغاز بين النجوم.

عاد المؤلفون إلى فكرة مهملة من عام 1977: المجرة ليست "صندوقًا مثقوبًا"، بل غرفة مغلقة بها فقاعات. داخل كل فقاعة توجد مصادر، مثل مصابيح داخل فقاعات صابون. تقع الشمس في إحداها، ونحن لا نرى ضوء مصباحنا فحسب، بل أيضًا انعكاسات ضوء المصابيح الأخرى التي تسربت عبر الجدران. النموذج مع نسبة تدفق حجمي 20% أعاد إنتاج الارتفاع: أولاً تنخفض النسبة كما هو متوقع، ثم ترتفع - وهنا يبدأ ضوء الفقاعات الأخرى في الظهور.

الفقاعة المحلية التي تقع فيها الشمس هي منطقة حقيقية من الغاز الساخن المخلخل بحجم حوالي 100 فرسخ فلكي، ناتجة عن انفجارات مستعرات عظمى. إذا كان نموذج CG+B صحيحًا، فنحن فعليًا نعيش داخل "مرجل" تُطبخ فيه الأشعة الكونية.

\frac{I_{\Sigma S}}{I_{Fe}} = \sum_{i=1}^{k} \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}}
مجموع على كل النوى الثانوية Ni لنسب طول المسار الجزئي للتكوين من الحديد إلى مجموع الأطوال العكسية للتسرب والتفاعل النووي.
Q_{bulk}(\epsilon) = \frac{\kappa^{esc}(\epsilon)}{\kappa^{esc}(\epsilon) + \kappa} Q(\epsilon)
طيف الجسيمات التي تغادر الفقاعة وتشكل التدفق الحجمي يساوي الطيف الأصلي للمصدر مضروبًا في احتمال التسرب قبل التفاعل.
\frac{I_{N_i}(\epsilon)}{I_{Fe}(\epsilon)} = \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}^{esc}(\epsilon) + \kappa_{N_i}} + K \frac{\kappa_{N_i,Fe}}{\kappa_{N_i}} \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}} \frac{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}{1 + K \frac{\kappa_{Fe}^{esc}(\epsilon)}{\kappa_{Fe}}}
النسبة الكلية تتكون من المكون المحلي (الحد الأول) ومساهمة التدفق الحجمي (الحد الثاني)، حيث K هي نسبة التدفق الحجمي.
العلماء
Bernhard RiemannJoseph WeberKarl SchwarzschildKip ThorneRainer WeissAlbert Einstein
المفاهيم
نواة ذرية نواة مجرية نشطة مؤشر طيفي معدل التفاعل الحديد كتلة البروتون كتلة النيوترون ديوترون قمة غلاف النيوترون نواة الرصاص البنية النووية مفاعل نووي معدل التراكم مركز المجرة مطيافية البروتون مؤشر طيفي قياسي خط حديدي