Радиодатчики зафиксируют космические лучи

Небольшая антенная решетка, расположенная в Германии, зафиксировала несколько радиовспышек (radio flash) от космических лучей, которые ударяются о верхний слой атмосферы Земли. Использование более крупной решетки с большим количеством радиоантенн поможет астрофизикам раскрыть загадку происхождения космических лучей.

Космические лучи представляют собой высокоскоростные частицы — в  основном, ядра и протоны, — которые носятся по космосу в разных направлениях. К счастью для нас, они не могут проникнуть вглубь нашей атмосферы из-за столкновений с молекулами газа.

За счет этих столкновений формируются потоки вторичных частиц — включая электроны, анти-электроны (так называемые позитроны) и мюоны, подобные тяжелым электронам. Космические лучи можно охарактеризовать потоками, которые производят данные частицы.

Удивительно то, что некоторые из этих реактивных частиц имеют в 100 млн. раз больше энергии, чем любой ускоритель, созданный человеком. В  космическом пространстве нет никаких «ускорителей», чтобы генерировать частицы с таким зарядом.

Предположительно, эти так называемые сверх-энергетические космические лучи (ultra-high energy cosmic rays, UHECRs) рождаются из сталкивающихся галактик или черных дыр, расположенных в сотнях миллионов световых лет от нас. Но здесь возникает проблема: проходя эти огромные расстояния, частицы со временем должны терять свою скорость, чего однако не происходит.

Вдобавок к этому, неизвестна истинная природа этих лучей. Предположительно, они формируются из протонов, тяжелых ядер, гамма-лучей либо слабовзаимодействующих нейтрино.

Одной из задач эксперимента LOPES (LOFAR Prototype Station) является определение происхождения и природы UHECR. Антенная решетка из 10  радиоантенн фиксирует вспышки, испускаемые потоками электронов и  позитронов, при их взаимодействии с магнитным полем Земли. Чем больше энергия космических лучей, тем больше радиовспышка.

Наш глаз не способен зафиксировать эти вспышки, хотя они и очень яркие, поскольку они длятся всего несколько миллиардных долей секунды. LOPES фиксирует эти вспышки между частотами 43 и 73 MГц — что ниже частоты FM.

Пока LOPES не уловил ни одной вспышки UHECR. Для их обнаружения, возможно, потребуется больший набор датчиков, поскольку в квадратную милю земной атмосферы космический луч попадает лишь раз в столетие. В  настоящее время разрабатываются более крупные радиодетекторы - Low-Frequency Array (LOFAR) и Square Kilometer Array (SKA).

С помощью LOPES, используемом в эксперименте KASCADE (Karlsuhe Shower Core and Array Detector) для измерения количества мюонов, образующихся из потоков космических лучей, можно провести обследование радиовспышек.

Соотнося радиовспышки с количеством мюонов, ученые надеются определить частицы, из которых состоят UHECR. Для определенного вида частиц, к  примеру протонов, будет образовываться больше мюонов, чем при гамма-лучах.