Natura źródeł  Pochodzenie niskoenergetycznych cząstek  Pochodzenie niskoenergetycznych cząstek

Galaktyczne czy pozagalaktyczne?

Zjawisko, o którym wspomnieliśmy pod koniec poprzedniego rozdziału - oddziaływanie promieni kosmicznych z gazem w ośrodku międzygwiazdowym, doprowadziło do wyjaśnienia pochodzenia najmniej energetycznej części promieniowania (E<10¹⁰ eV), a przynajmniej do rozróżnienia między cząstkami pochodzenia galaktycznego i pozagalaktycznego.

Co do hipotezy pozagalaktycznej, to chociaż wymagania energetyczne są duże, nie ma zasadniczo przeszkód, aby protony promieniowania kosmicznego wypełniały wszechświat w miarę jednorodnie. Nie można tego powiedzieć o pozagalaktycznych elektronach, które ulegają absorpcji w odwrotnych oddziaływaniach komptonowskich z mikrofalowym promieniowaniem tła.

Grupa z Durham (Dodds i in., 1975) stwierdziła istnienie radialnego gradientu protonów promieniowania kosmicznego w Galaktyce (zanik natężenia przy wzroście odległości od centrum Galaktyki) za pomocą ,,techniki promieni gamma''. Istota tej metody polega na podzieleniu natężenia promieniowania gamma zmierzonego w wybranym kierunku przez gęstość kolumnową gazu wzdłuż tej linii. Ponieważ wiele promieni gamma powstaje w wyniku oddziaływania kosmicznych protonów z gazem, wynikiem jest średnie natężenie protonów promieniowania kosmicznego wzdłuż danej linii. Po początkowym okresie sceptycyzmu, obecnie wielu badaczy zgadza się z tymi wnioskami (np. Strong i Mattox, 1996).

Inną metodę zaproponował Ginzburg (1972), zmierzała ona do określenia średniego natężenia protonów w Wielkim Obłoku Magellana (LMC) przy pomocy techniki gamma i porównania tej wielkości z lokalnym natężeniem promieniowania kosmicznego. Równość wskazywałaby na pochodzenie pozagalaktyczne, gdyby natomiast natężenie w LMC było znacznie mniejsze, wnioskowalibyśmy o galaktycznym pochodzeniu lokalnych protonów promieniowania kosmicznego.

Do niedawna nie były dostępne satelitarne dane o wystarczarczającej czułości, jednak dzięki Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), a zwłaszcza umieszczonemu na nim detektorowi EGRET (Fichtel, 1982 i późniejsze prace), można obecnie przeprowadzić porównanie obu hipotez. Pierwsze opracowanie Sreekumara i in. (1992) wskazywało na równe natężenie w Galaktyce i LMC, jednak Chi i Wolfendale (1993) znaleźli wyraźną różnicę, natężenie protonów w LMC okazało się dużo mniejsze niż lokalnie. Przyczyna tej niezgodności nie jest w pełni wyjaśniona. Ulgę przynosi fakt, że obie grupy są zgodne w tym, że natężenie promieni kosmicznych w Małym Obłoku Magellana (SMC) jest dużo mniejsze niż lokalnie. Galaktyczne pochodzenie większości promieni jest zatem potwierdzone. Wyniki naszej najnowszej analizy przedstawia rys. .

Figure: Strumień promieni gamma z Wielkiego Obłoku Magellana (LMC) i Małego Obłoku Magellana (SMC), porównany ze strumieniem oczekiwanym w wypadku, gdyby natężenie cząstek w promieniowaniu kosmicznym tu i tam było takie samo, czyli gdyby promienie kosmiczne były pochodzenia pozagalaktycznego (EG). Wyniki pokazują, że natężenie w Obłokach jest dużo mniejsze niż na Ziemi, a zatem większość rejestrowanego przez nas promieniowania kosmicznego pochodzi ze źródeł w Galaktyce, a nie z Wszechświata. Obserwowano promienie gamma powyżej 100 MeV. Dane pochodzą z Compton Gamma Ray Observatory; analizę przeprowadzili Chi i in. (1992). Wkład od dyskretnych źródeł, oznaczony ,,sources'', jest bardzo niepewny.