헬륨 핵 연구는 우주선 기원과 전파에 대한 우리의 이해를 향상시킵니다.

국제 우주 정거장의 키보 노출 시설(EF)에 탑재된 CALorimetric 전자 망원경(CALET)은 2015년부터 우주선 입자의 플럭스를 측정하는 임무를 수행해 왔습니다. 새로운 연구에서 국제 연구팀은 CALET에서 수집한 데이터를 사용하여 우주선 헬륨 스펙트럼을 직접 측정한 결과. 이전에 존재한다고 믿었던 단일 전력 법칙과 달리 2015년에서 2022년 사이에 수집된 플럭스 데이터를 분석한 결과 우주선 헬륨 핵의 에너지 분포가 이중 깨진 전력 법칙을 따른다는 것이 밝혀졌습니다.

우주와 그 불가사의한 현상에 대한 우리의 이해는 대부분 이론적 해석에 근거합니다. 멀리 떨어져 있는 물체와 에너지 현상에 대한 이해를 심화하기 위해 천문학자들은 양성자, 전자, 원자핵 및 기타 아원자 입자로 구성된 고에너지 하전 입자인 우주선을 관찰하고 있습니다. 그러한 연구는 우주선이 주기율표에서 우리에게 알려진 모든 요소를 ​​포함하고 있음을 밝혀냈으며, 이러한 요소는 별과 초신성과 같은 고에너지 사건에서 비롯된 것임을 시사합니다. 또한 전하를 띤 특성으로 인해 우주를 통과하는 우주선의 경로는 성간 현상과 물체의 자기장의 영향을 받습니다.

따라서 우주선을 자세히 관찰하면 이러한 입자의 기원을 밝힐 수 있을 뿐만 아니라 초신성 잔해, 펄서, 심지어 암흑 물질과 같은 고에너지 물체 및 현상의 존재를 해독할 수 있습니다. 고에너지 방사선을 더 잘 관찰하기 위한 노력의 일환으로 일본, 이탈리아 및 미국은 2015년 국제 우주 정거장에 CALorimetric Electron Telescope(CALET)를 공동으로 설치했습니다.

2018년 50 GeV에서 10 TeV까지의 우주선 양성자 스펙트럼을 관측한 결과 높은 에너지에서 양성자의 입자 플럭스가 예상보다 상당히 높은 것으로 나타났습니다. 이러한 결과는 에너지가 증가함에 따라 입자 수가 감소하는 “단일 멱함수 분포”를 가정하는 기존의 우주선 가속 및 전파 모델에서 벗어났습니다.

결과적으로 2022년에 발표된 연구에서 와세다 대학의 연구원을 포함한 CALET 팀은 “Double Broken Power Law”를 따르는 50 GeV ~ 60 TeV의 에너지 범위에서 우주선 양성자를 발견했습니다. 이 법칙은 고에너지 입자의 수가 초기에 10 TeV까지 증가하고(스펙트럼 경화라고 함) 에너지가 증가함에 따라 감소한다고 가정합니다(스펙트럼 연화라고 함).

이러한 관찰을 더 확장하여 팀은 이제 40GeV에서 250TeV까지의 광범위한 에너지에 걸쳐 캡처된 우주선 헬륨 스펙트럼에서 유사한 스펙트럼 경화 및 연화 경향을 발견했습니다.

저널에 발표된 연구 물리적 검토 편지 2023년 4월 27일, 일본 와세다 대학의 Kazuyoshi Kobayashi 부교수가 이끌었고, CALET 프로젝트의 수석 연구원인 Shoji Torii 명예 교수와 와세다 대학의 연구 조교인 Paolo Brogi가 기여했습니다. 이탈리아의 시에나.

“CALET는 우주선 헬륨의 에너지 스펙트럼 구조, 특히 약 1.3 TeV에서 시작하는 스펙트럼 경화와 약 30 TeV에서 시작하는 연화 경향을 성공적으로 관찰했습니다.”라고 Kobayashi는 말합니다.

이러한 관측은 2015년에서 2022년 사이에 국제 우주 정거장(ISS)에 탑승한 CALET이 수집한 데이터를 기반으로 합니다. 우주 헬륨 핵 입자에 대한 현재까지 가장 큰 에너지 범위를 나타내는 이러한 관측은 단일 전력에서 입자 플럭스의 편차에 대한 추가 증거를 제공합니다. -법률 모델. 연구원들은 예상되는 멱함수 분포로부터의 편차가 평균에서 8 표준 편차 이상 떨어져 있음을 알아차렸습니다. 이는 이 편차가 우연히 발생할 가능성이 매우 낮다는 것을 나타냅니다.

특히, 이 데이터에서 관찰된 초기 스펙트럼 경화는 헬륨 핵을 가속하고 높은 에너지로 전파하는 역할을 하는 고유한 소스 또는 메커니즘이 있을 수 있음을 시사합니다. 이러한 스펙트럼 특징의 발견은 Dark Matter Particle Explorer의 최근 관측에 의해 뒷받침되며 우주선의 기원과 특성에 대한 현재 이해에 의문을 제기합니다.

“이 결과는 초신성 잔해와 전파 메커니즘에서 우주 광선 가속을 이해하는 데 크게 기여할 것”이라고 Torii는 말했습니다.

이러한 발견은 의심할 여지 없이 우주에 대한 우리의 이해를 향상시킵니다. 달과 화성에 대한 유인 임무를 준비하는 동안에도 우주선 입자의 에너지 분포는 우주의 방사선 환경과 우주 비행사에 미치는 영향에 대한 더 깊은 통찰력을 제공할 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230525141326.htm