Οι πιο ακριβείς μετρήσεις – μέχρι σήμερα – των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων από τον DAMPE

Μετά από την αναφορά μας, χθες, στο όργανο μέτρησης – ανάμεσα σε άλλα – των κοσμικών ακτίνων που βρίσκεται στο εξωτερικό του Διεθνούς Διαστημικού Σταθμού (ΔΔΣ), σήμερα θα αναφερθούμε σε ένα διαστημικό τηλεσκόπιο, μια άλλη συσκευή μέτρησης των κοσμικών ακτίνων, τον DAMPE, ένα από τα πέντε προγράμματα αποστολής δορυφόρων της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS). Ο DArk Matter Particle Explorer για πάνω από 5 χρόνια περιφέρεται γύρω από τη Γη ανιχνεύοντας ιόντα κοσμικών ακτίνων, υψηλής ενέργειας ακτίνες γ και ηλεκτρόνια, για να βοηθήσει στην έρευνα για την σκοτεινή ύλη. Ο σχεδιασμός του έγινε για να ερευνά για έμμεσα σήματα διάσπασης ενός υποθετικού υποψηφίου για τη σκοτεινή ύλη που σηματοδοτείται από τους επιστήμονες με το όνομα WIMP, ή καλύτερα weakly interacting massive particles (WIMPs). Η επιστημονική ομάδα που βρίσκεται πίσω από το τηλεσκόπιο έχει πλέον αναλύσει δεδομένα 4,5 ετών για τις κοσμικές ακτίνες, βρίσκοντας φασματικά χαρακτηριστικά τα οποία δεν ταιριάζουν με τις προβλέψεις.

Ενώ παρόμοια χαρακτηριστικά έχουν εμφανιστεί να υπονοούνται σε άλλα πειράματα, οι μετρήσεις από τον DAMPE έχουν υψηλότερη ακρίβεια και καλύπτουν ευρύτερη περιοχή ενεργειών από ότι οποιοδήποτε άλλο πείραμα. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να αποκαλύψουν την προέλευση των γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων. Οι κοσμικές ακτίνες συνίστανται κυρίως από πρωτόνια και ιόντα ηλίου και θεωρούνται ότι εκλύονται από υπερκαινοφανείς. Στο ταξίδι τους προς τη Γη οι ακτίνες εκτρέπονται από διαστρικά μαγνητικά πεδία, πράγμα που καθιστά δύσκολο τον εντοπισμό των πηγών τους. Όμως οι ερευνητές ελπίζουν ότι μετρώντας το ενεργειακό φάσμα των κοσμικών ακτίνων, μπορούν να εξάγουν κάποιες πληροφορίες σχετικές με τους υπερκαινοφανείς που τους έστειλαν και σχετικές με τη δομή του Γαλαξία μας.

Επάνω γράφημα: Φάσμα ιόντων ηλίου από τις μετρήσεις του DAMPE – Κάτω γράφημα: Σύγκριση με άλλες μετρήσεις (με μετατροπή σε κινητική ενέργεια ανά νουκλεόνιο). Αξίζει να παρατηρηθούν οι μπάρες με τις στατιστικές αβεβαιότητες.

Στην ανάλυσή τους, οι ερευνητές της ομάδας DAMPE, επεξεργάστηκαν το ενεργειακό φάσμα των ιόντων ηλίου που ανιχνεύθηκαν. Τα σωματίδια αυτά είχαν ενέργειες από 70 GeV μέχρι 80 TeV, μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή που ανιχνεύθηκαν με το AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), που βρίσκεται στον ΔΔΣ, και 100 φορές υψηλότερη από αυτή του δορυφόρου PAMELA. Στα περίπου 1,3 TeV τα μέλη της επιστημονικής ομάδας παρατήρησαν την ένταση του φάσματος να αρχίζει να αυξάνεται, φθάνοντας περίπου στα 34 TeV. Η στατιστική σημαντικότητα των ευρημάτων είναι 4,3 σ. Σημάδια ενός τέτοιου τινάγματος έχουν εντοπιστεί και προηγουμένως, όμως οι αβεβαιότητες στα προηγούμενα δεδομένα ήταν πολύ μεγάλες για να επιβεβαιωθεί η παρουσία του τινάγματος. Τα μέλη της ομάδας υποστηρίζουν ότι θεωρούν το χαρακτηριστικό όμοιο με τίναγμα μπορεί να προκλήθηκε από ένα κοντινό υπερκαινοφανή, αλλά αυτό παραμένει ανεπιβεβαίωτο.