Físicos um passo mais perto de encontrar fontes misteriosas
Um observatório gerido pela Universidade de Utah descobriram um "hotspot" sob a Ursa Maior emitindo um número desproporcional de raios cósmicos de maior energia. A descoberta move física mais um passo para identificar as fontes misteriosas das partículas mais energéticas do Universo.
"Isso nos coloca mais perto de descobrir as fontes - mas nenhum charuto ainda", diz o físico da Universidade de Utah Gordon Thomson, porta-voz e co-investigador principal para 25 milhões de dólares Telescope matriz observatório de raios cósmicos a oeste do Delta, Utah. É o maior detector de raios cósmicos do Hemisfério Norte.
"Tudo o que vemos é uma bolha no céu, e dentro deste blob há todos os tipos de coisas - vários tipos de objetos - que poderiam ser a fonte" dos poderosos raios cósmicos, acrescenta. "Agora nós sabemos onde procurar."
Um novo estudo a identificação de um hotspot no céu do norte de raios cósmicos ultra-energéticos foi aceite para publicação pela revista Astrophysical Journal Letters.
Thomson diz que muitos astrofísicos suspeito raios cósmicos ultra-energéticos são gerados por núcleos ativos de galáxias, ou AGNs, na qual o material é sugado para um buraco negro supermassivo no centro da galáxia, enquanto outro material é vomitada fora em um jato raio-like conhecido como um blazar. Outra possibilidade popular é que os raios cósmicos de mais alta energia vêm de algumas supernovas (explosão de estrelas) que emitem raios gama rajadas.
Raios cósmicos de baixa energia vem do sol, outras estrelas e estrelas explodindo, mas as fontes dos raios cósmicos mais energéticos de origem ou tem sido um mistério de décadas.
O estudo foi realizado por 125 pesquisadores no projeto Telescope Array, incluindo Thomson e 31 outras Universidade de Utah físicos, além de 94 outros cientistas da Universidade de Tóquio e 28 outras instituições de pesquisa no Japão, Estados Unidos, Coréia do Sul, Rússia e Bélgica .

Partículas de além de nossa galáxia

Os raios cósmicos, descoberto em 1912, na verdade são partículas, e não raios: ou protões (núcleos de hidrogênio) ou os centros ou núcleos de elementos mais pesados, como carbono, oxigênio, nitrogênio ou ferro. Thomson e muitos físicos acreditam raios cósmicos ultra-energéticos são apenas prótons, embora alguns suspeitam que incluem núcleos de hélio e nitrogênio.
Além de núcleos galácticos ativos e emissores de raios gama, as possíveis fontes incluem rádio galáxias ruidosos, as ondas de choque de galáxias em colisão e até mesmo algumas fontes hipotéticas exóticos, como a decadência dos chamados "cordas cósmicas" ou de partículas massivas que sobraram do big bang que formou o universo 13,8 bilhões anos atrás.
Raios cósmicos ultra-energéticos são considerados aqueles acima de cerca de 1 bilhão bilhões (1 vezes 10 elevado à potência 18) de elétron-volts. Se um raio cósmico ultra-alta energia pode penetrar a atmosfera e bater em alguém na cabeça, essa única partícula subatômica se sentiria como uma bola de beisebol fast-campo para o crânio.
Raios cósmicos ultra-energéticos vêm de além de nossa galáxia, a Via Láctea, que é cerca de 100.000 anos-luz de largura (588 milhões de bilhões de milhas). Mas 90 por cento deles vêm de dentro de 300 milhões de anos-luz (1.764 bilhões de bilhões de milhas), porque os raios cósmicos poderosos de maiores distâncias são muito enfraquecido por interação com radiação cósmica de fundo - o brilho fraco do big bang, diz Charlie Jui, a Universidade de Utah professor de física e astronomia.
O raio cósmico mais poderosa ou mais alto de energia já medida foi detectado ao longo do Utah em 1991 pela Universidade de observatório dos olhos da mosca do Utah em Dugway Proving Ground do Exército dos EUA - um predecessor para o Telescope Array. Essa partícula de raio cósmico realizado energia de 300 bilhões de bilhões de elétron-volts (3 vezes 10 elevado à potência 20).
O Telescope Array usa dois métodos para detectar e medir os raios cósmicos. Em três locais espalhados por todo o deserto, conjuntos de espelhos chamados detectores de fluorescência assistir os céus para flashes azuis fracos criados quando entrantes os raios cósmicos atingem moléculas de gás nitrogênio na atmosfera.
Essas colisões criam uma cascata de outras colisões com gases atmosféricos, resultando em "chuveiros ao ar" de partículas detectadas por 523 detectores de cintilação de mesa-como espaçadas mais de 300 quilômetros quadrados de deserto. No novo estudo, 507 dos detectores de cintilação foram utilizados para estudar os raios cósmicos de altíssima energia, diz John Matthews, professor de pesquisa da Universidade de Utah, da física e da astronomia. Os detectores de fluorescência ajudou a determinar a composição de energia e química das partículas de raios cósmicos.

A Cosmic Ray Hotspot

O novo estudo pela equipe de pesquisa Telescope Array olhou para raios cósmicos ultra-energéticos acima de 57 bilhões de bilhões de elétron volts (5,7 vezes 10 elevado à potência 19). Thomson diz que alta de corte foi escolhido porque os raios cósmicos de energias elevadas estão empenhados a menos por campos magnéticos no espaço - flexão que obscurece as direções de onde vieram e, assim, as direções das suas fontes.
Estes raios cósmicos muito poderosas foram registrados pelo Telescope Array entre 11 de maio de 2008, e 4 de maio de 2013. Durante os cinco anos, foram detectados apenas 72 desses raios cósmicos, confirmou e analisados ​​para a sua direção de energia e fonte.
Mas 19 desses raios cósmicos foram detectados vindo da direção do hotspot, em comparação com apenas 4,5 que seria esperado se os raios cósmicos veio aleatoriamente de todas as partes do céu, diz Jui.
O hotspot é um círculo de 40 graus de diâmetro representando 6 por cento do céu do norte. "Nós temos um quarto dos nossos eventos em que o círculo em vez de 6 por cento", diz Jui.
Thomson diz o hotspot está centrada no canto sudoeste da constelação da Ursa Maior, que inclui o arranjo de estrelas conhecidas como a Ursa Maior.
"O hotspot é um par de mão larguras inferiores a alça do Big Dipper", diz ele.
Mais precisamente - embora não seja visível através de telescópios regulares - o hotspot está centrada em ascensão reta 146,6 graus e 43,2 graus de declinação.
O hotspot está perto do "avião supergalactic" - o bastante achatada Virgem superaglomerados de galáxias. Nossa galáxia Via Láctea é na periferia da superaglomerados.
As chances de que o hotspot é um acaso estatístico, em vez de real são apenas 1,4 em 10.000, os pesquisadores calcularam.
Observações do Observatório Pierre Auger de raios cósmicos na Argentina fornecem evidências para um mais fraco hotspot hemisfério sul. Se essa prova real, diz Thomson raios cósmicos nos hotspots norte e sul devem vir de diferentes fontes.
Este mapa do céu do norte mostra as concentrações de raios cósmicos, com um "hotspot", com um número desproporcional de raios cósmicos mostrados como o ponto vermelho e amarelo brilhante, canto superior direito. Uma equipe internacional de físicos, usando da Universidade de Utah operado Telescope Array perto de Delta, Utah, dizem que sua descoberta do hotspot deve restringir a pesquisa para a misteriosa fonte ou de fontes de raios cósmicos ultra-energéticos, que transportam mais energia do que qualquer outro conhecido partículas no universo. Crédito da foto: K. Kawata, da Universidade de Tokyo Institute para Cosmic Ray Research.

A expansão da Pesquisa

Jui diz um estudo separado em curso sugere a distribuição dos raios cósmicos ultra-energéticos no céu do norte é consistente com a "estrutura em larga escala" do universo, o que significa que os raios cósmicos tendem a vir de áreas do universo onde a matéria está concentrada em aglomerados e superaglomerados de galáxias.
"Isso nos diz que há pelo menos uma boa chance de estes são provenientes de matéria que pode ver em oposição a uma classe diferente de mecanismos onde você está produzindo essas partículas com processos exóticos" tais cordas cósmicas, diz ele. "Isso nos aponta para o próximo passo lógico na pesquisa:. Construir um detector maior que recolhe quatro vezes mais [ultra-alta energia dos raios cósmicos] eventos por ano com mais eventos, estamos mais propensos a ver a estrutura em que blob hotspot e que podem apontar-nos para as verdadeiras fontes ".
Os físicos querem expandir o tamanho e, portanto, a sensibilidade do Telescope Array, dobrando o número de detectores de cintilação em forma de tabela para cerca de 1.100, mas o espaçamento entre eles mais longe uns dos outros e, assim, quadruplicando a área através da qual eles estão espalhados. Toda a terra para a expansão está localizado ao norte e ao sul do presente observatório e é possuído pelo Federal Bureau of Land Management e da Escola de Utah e Institutional Trust Lands Administration, diz Thomson.
Ele acrescenta que os pesquisadores esperam obter 6400000 dólares necessários para a expansão dos governos dos EUA e do Japão ainda este ano, em seguida, concluir a expansão em 2016.
O Telescope Array, construído por US $ 17 milhões, começou a operar em 2008 e mais tarde foi atualizado, trazendo o custo de cerca de US $ 25 milhões, dos quais o Japão financiou cerca de dois terços e os Estados Unidos cerca de um terço, principalmente por meio da Universidade de Utah, Matthews diz.
Imagem em destaque: Nesta foto de lapso de tempo, as estrelas parecem girar acima da facilidade Oriente Tambor do Telescope Array, um observatório de raios 25000000 $ cósmica que se espalha pelo deserto a oeste do Delta, Utah. Físicos da Universidade de Utah, Universidade de Tóquio e em outras partes denunciar o observatório detectou um "hotspot" no céu do norte emitindo um número desproporcional de raios cósmicos ultra-energéticos, que são as partículas mais energéticas do Universo. A descoberta de um hotspot é um passo na longa busca para descobrir a fonte ou fontes dos mais poderosos raios cósmicos.  Crédito da imagem :  Ben Stokes, da Universidade de Utah.