Satelit DAMPE odhalil překvapivou jednotu kosmického záření: Zlom u 15 TV mění pohled na vesmír

Kosmické záření, částice s extrémní energií pocházející z nejvzdálenějších koutů vesmíru, zůstává sto let po svém objevu pro vědce záhadou. Vesmírný teleskop DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) se snaží tento fenomén objasnit, zejména pak roli temné hmoty v jejich vzniku.

Kosmické záření, částice s extrémní energií pocházející z nejvzdálenějších koutů vesmíru, zůstává sto let po svém objevu pro vědce záhadou. Vesmírný teleskop DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) se snaží tento fenomén objasnit, zejména pak roli temné hmoty v jejich vzniku. Tato mezinárodní mise, na níž se podílí i Ženevská univerzita (UNIGE), dosáhla významného průlomu, když odhalila univerzální vlastnost těchto částic. Výsledky byly publikovány v prestižním časopise Nature.

Kosmické záření je tvořeno převážně protony, ale také jádry helia, uhlíku, kyslíku a železa. Jde o nejenergetičtější částice pozorované ve vesmíru, které dalece překonávají energie částic produkovaných pozemskými urychlovači. Jejich přesný původ je stále předmětem studia, ale předpokládá se, že pocházejí z extrémních astrofyzikálních jevů, jako jsou supernovy, výtrysky z černých děr nebo pulsary. Analýzou vysoce přesných měření shromážděných teleskopem DAMPE vědci identifikovali univerzální rys v energetických spektrech jader primárního kosmického záření, od protonů až po železo.

Zjištění ukazují, že u všech studovaných jader se počet částic za určitou hodnotou snižuje stále rychleji. Tento jev se nazývá „spektrální změkčení“ a nastává kolem rigidity přibližně 15 TV (teraelectron-voltů). Rigidita částice měří odpor její trajektorie vůči magnetickému poli. Pozorování společné struktury při této rigiditě silně podporuje modely, které vysvětlují, že zrychlení a transport kosmického záření závisí na rigiditě částic. Naopak alternativní modely, které naznačují, že klíčovým faktorem je energie na nukleon, jsou těmito měřeními s 99,999% jistotou vyloučeny.

Tým ze Ženevy hrál v tomto vědeckém průlomu ústřední roli. Vyvinul pokročilé techniky umělé inteligence pro rekonstrukci detekovaných událostí a přispěl ke klíčovým měřením toků protonů a helia, stejně jako k analýze uhlíku. Skupina také vedla vývoj jednoho z hlavních subdetektorů DAMPE, křemíkovo-wolframového trackeru (STK), který je nezbytný pro přesnou rekonstrukci trajektorií částic a měření jejich náboje. Tyto výsledky představují významný krok k ucelenějšímu pochopení původu kosmického záření a mechanismů, které řídí jeho šíření v galaxii. Poskytují nová experimentální omezení pro modely zrychlení v astrofyzikálních zdrojích a pro transport částic v mezihvězdném médiu, čímž otevírají cestu k přesnějšímu popisu populací vysokoenergetických částic.