Космические ливни рассказали о составе лучей экспресс

Оригинал: "Primary Cosmic Rays Energy Spectrum and Mean Mass Composition by the Data of the TAIGA Astrophysical Complex"
arXiv:2208.01689 · 2022-08-02 · CC0 1.0 · 1 мин
Две установки в Сибири измерили, из чего состоят самые энергичные частицы, прилетающие из космоса.

Ночью над сибирской тайгой иногда вспыхивает слабый голубой свет. Это не северное сияние, а космический ливень: одна частица из далёкого космоса врезается в атмосферу и рассыпается на миллионы вторичных частиц. Они летят к земле широким фронтом, как волна от брошенного в воду камня, и заставляют воздух светиться.

Установки «Тунка-133» и TAIGA-HiSCORE семь лет следили за такими вспышками. Свет улавливали десятки датчиков, расставленных по тайге на площади в несколько квадратных километров. По тому, как далеко от оси ливня виден свет, можно определить энергию исходной частицы. Новый параметр Q100 — это яркость света на расстоянии ровно сто метров от центра. Оказалось, что по нему энергия восстанавливается точнее, чем по прежним методам.

Космические лучи — это не лучи, а частицы: протоны, ядра гелия, углерода, железа. Они летят к нам от взорвавшихся звёзд и из других галактик.

Измерения показали: чем выше энергия, тем тяжелее в среднем частицы. В диапазоне от 200 триллионов до 20 квадриллионов электронвольт состав меняется от лёгких протонов к ядрам железа. Это как если бы в потоке машин с ростом скорости всё чаще попадались грузовики. Такая закономерность помогает понять, где и как космические ускорители разгоняют частицы до таких энергий.

Теперь физики могут точнее сравнивать результаты разных установок. А значит — надёжнее вычислять, что за «снаряды» прилетают к нам из глубин космоса.

Энергия самой быстрой из пойманных частиц в миллионы раз больше, чем у протонов в Большом адронном коллайдере. Одна такая частица несёт энергию летящего мяча для гольфа.

Учёные
James JeansEnrico FermiErnest RutherfordWilliam HerschelJohn Henry Poynting
Понятия
реконструкция энергии спектр космических лучей космические лучи тераэлектронвольт классический радиус электрона сверхвысокоэнергичный гамма-квант излом диапазон масс радиус Земли эрг спектр возраст Вселенной спектры масса протона гигаэлектронвольт наблюдаемая вселенная эра доминирования излучения фоновое излучение спектральный индекс космологические параметры