Kozmické žiarenie ultra vysokých energií
JEM-EUSO detektor
Prekurzor experimenty EUSO balón | EUSO-SPB | Mini-EUSO | TA EUSO



Ilustrácia skokovitého nárastu apertúry experimentu
JEM-EUSO voči pozemným experimentom




Trajektórie nabitých častíc nízkych energií sú
ohýbané magnetickým poľom, no častice s energiami
nad 10^20 eV sa pohybujú po takmer priamočiarej
trajektórií a tak je zachovávaná informácia
o smere ich pôvodu.
Častice ultra vysokých energií

Záhada :: Je relativita limitovaná? Existujú neznáme objekty a mechanizmy?

Očakávané odiltrovanie vysokoenergetických častíc bolo teoreticky predpovedané Greisenom, Zatsepinom a Kuzminom (takzvaný GZK cutoff) na základe skutočnosti, že vesmír je vyplnený reliktovým žiarením (kozmické mikrovlnné pozadie CMB) – najvýznamnejším pozostatkom Veľkého tresku. Vysokoenergetické častice s najvyššou energiou sa zrážajú s CMB a strácajú energiu, kým sa na vzdialenosti 150 miliónov svetelných rokov (50 mega parsekov) sa ich energia nezredukuje na 4×10^19 eV (pokiaľ platí Einsteinova špeciálna teória relativity pre akúkoľvek energiu a všade v celom vesmíre).

Skutočnosť, že boli spozorované častice s energiami nad GZK-odrezaním nie je v súlade s našimi súčasnými vedomosťami o fyzike a astrofyzike. Môžu existovať významné zdroje častíc s vysokou energiou blízko našej galaxie do vzdialenosti 50 Mpc. Zdroje môžu zahŕňať dobre známu najjasnejšiu rádiovú galaxiu (Kentaur-A a Panna M-87), alebo to môžu byť neznáme objekty. Ak žiaden z javov nepoukáže na žiaden známy objekt, môže to vyvolať pochybnosť o platnosti špeciálnej relativity alebo iných fundamentálnych fyzikálnych princípov. Dodnes získané pozorovania môžu ale nemusia byť správne, a rébus na energetickej hranici vesmíru očakáva podrobnejšie skúmanie.

Skok

Na skúmanie unikátnych vysokoenergetických javov je potrebná rozsiahla oblasť na pozorovanie. Tokijský Inštitút pre Výskum kozmického žiarenia práve vybudoval “Sieť teleskopov” s  rozlohou 760 km^2, v Utahu, USA, ako nástupcu AGASA. Najväčšia sieť existujúca v súčasnosti, s rozlohou 3,500 km^2, vznikla v roku 2005 v Argentíne, Observatórium Pierra Augera (PAO). (Pierre Auger je meno francúzskeho vedca, ktorý ako prvý objavil atmosferickú spŕšku pred 70 rokmi). Pozemné observatóriá sú obmedzené pozorovaním buď severnej alebo južnej oblohy, nesledujú obe naraz. Pozemné detektory týchto rozsiahlych observatórií dosiahli takmer maximálny možný rozsah na zemi. Observatórium diaľkového prieskumu zeme, JEM-EUSO, robí veľký skok vo veľkosti pozorovanej oblasti, pokrývajúc 100,000 – 500,000 km2 (viac ako tisíckrát AGASA) majúc výhodné postavenie vo výške 400 km na oblohe a široké zorné pole 60°. ISS prelieta nad oboma hemisférami, severnou a južnou. Homogénne pozorovanie celej oblohy jediným zariadením nám umožňuje pátrať po korelácii so všetkými známymi objektmi.

Zachytávanie ultrafialového žiarenia z atmosférickej spŕšky

Nabité častice dopadajúce na zemskú atmosféru sa zrážajú s jadrami atómov atmosféry a generujú veľký počet elektrónov, mezónov a gama-žiarenia. Sekundárne častice produkujú ďalšiu generáciu častíc, ich ďalšom prechádzaní atmosférou. Celá „stopa“ tohto javu sa nazýva „atmosférická spŕška“. Vysokoenergetický kozmický event s  energiou 10^20 eV generuje ~100 miliárd častíc, ktoré zasiahnu zem na ploche s polomerom 3 km.

Elektrón v atmosférickej spŕške excituje dusíkové molekuly v atmosfére, ktoré okamžite vysielajú ultrafialové fluorescenčné fotóny pozdlž celej stopy eventu. JEM-EUSO zachytáva toto svetlo z orbity a zobrazuje pohyb stopy každých pár mikro-sekúnd (milióntina sekundy) ako extrémne vysokorýchlostná digitálna videokamera. Nárast a pokles intenzity svetla pri nadol smerujúcej trajektórii atmosférickej spŕšky ukazuje energiu a smer príchodu eventu kozmického žiarenia.

Výzva :: Očakávané výsledky vesmírneho teleskopu JEM-EUSO
Astronómia nabitých častíc vo Vesmíre

Trajektórie nízkoenergetických nabitých častíc sú ohýbané magnetickými poľami v medzigalaktickom a galaktickom priestore. Informácia o ich pôvode sa tým stráca. Avšak, trajektórie vysokoenergetických častíc sú ohýbané menej, a tak zachovávajú informáciu o smere k ich zdroju, o ich pôvode. Týmto spôsobom, vysokoenergetické častice tiež nesú informáciu pre astronómiu, popri viditeľnom svetle, röntgenovom a infračervenom žiarení. Rôzne zdroje, ktoré by mohli generovať častice s vysokou energiou: kandidáti zahŕňajú Supernovy, Vzplanutia gama žiarenia, Aktívne Galaktické jadrá, pulzary, a kolízie rádiogalaxií a supermasívnych čiernych dier v ich centre. Napriek tomu, väčšina týchto kadnidátov, nie je schopná urýchliť častice nad 1020 eV akýmkoľvek známym mechanizmom. Dosiahnutým konsenzom je, že musí existovať nejaký neznámy urýchľovací mechanizmus, alebo dokonca neurýchľujúci mechanizmus produkujúci veľmi vysoké energie

Skúmanie neutrín pri najvyššej energii

Neutrína veľmi slabo interagujú s hmotou a nie sú predmetom GZK odrezania. Žiadne takéto eventy neboli doposiaľ spozorované kvôli veľmi nízkej efektívnosti u detektorov s limitovanou hmotnosťou. Vysokoenergetické neutrína však môžu byť spozorované JEM-EUSO experimentom, pretože celá zemská atmosféra má dostatočne veľkú terčíkovú hmotnosť aj na objavenie pár takýchto eventov za rok

Energetická hranica – prevyšujúca LHC fyziku

Najväčší človekom vyrobený urýchľovač, „Veľký hadrónový urýchľovač“ (LHC), začal svoju činnosť v roku 2008. Bude generovať častice s vysokou energiou na skúmanie elementárnej fyziky. Doposiaľ objavené vysokoenergetické častice kozmického žiarenia majú laboratórne energie viac ako o tri rády vyššie. Energetická hranica elementárnej fyziky môže byť rozšírená vysokoenergetickými časticami registrovanými JEM-EUSO experimentom.



Očakávané smery pôvodu častíc s najvyššími energiami (1,000 eventov).
Cluster mnohonásobných eventov v bode kde je umiestnený ich zdroj.



© 2013-2017 JEM-EUSO Experiment
Designed by PB