รังสีคอสมิคแบบผิดปกติ

(Anomalous Cosmic Rays: ACRs)

 

รังสีคอสมิคแบบผิดปกติ เป็นรังสีคอสมิค (cosmic rays) ซึ่งประกอบด้วยไอออนของธาตุฮีเลียม (Helium)  ไนโตรเจน (Nitrogen) ออกซิเจน (Oxygen) นีออน(Neon) และอาร์กอน (Argon)  ที่มีพลังงานต่ำเกินความคาดหมาย  เชื่อว่าพวกมันมาจากบริเวณขอบระบบสุริยะภายใน heliosheath อันเป็นพรมแดนระหว่างฮีลีโอสเฟียร์กับตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ (interstellar medium)   

รังสีคอสมิคแบบผิดปกติแตกต่างจากรังสีคอสมิค (cosmic rays) เพราะองค์ประกอบของรังสีคอสมิคชนิดนี้แตกต่างจากรังสีคอสมิคจากกาแลกซี(galactic cosmic rays: GCRs) และ อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์(solar energetic particles:SEPs) 

ในขณะที่ GCRs กับ SEPs  มีปริมาณโปรตอน (proton)  มากกว่าฮีเลียม (Helium)  และมีปริมาณออกซิเจน (Oxygen) กับคาร์บอน (Carbon) เท่าๆ กัน  แต่ ACRs กลับมีฮีเลียม (Helium) กับ ออกซิเจน (Oxygen) มากกว่า โปรตอน (proton) กับคาร์บอน (Carbon)  ตามลำดับ  นั่นเป็นเพราะฮีเลียม ออกซิเจน และธาตุอื่นๆ ภายใน ACRs ล้วนเป็นอะตอมธาตุที่มีอยู่มากในตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์เนื่องจากออกซิเจนและฮีเลียมจัดเป็นธาตุที่ต้องการพลังงานในการทำให้อิเล็กตรอนหลุดจากอะตอมสูงมาก (high first ionization potential) ดังนั้น พวกมันจึงมักอยู่ในอวกาศในฐานะอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า 

 

พลังงานไอออไนเซชันของธาตุฮีเลียม นีออน และอาร์กอน สูงกว่าธาตุอื่นๆ มาก จึงมักพบพวกมันในสภาพอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า   

Image credit: http://www.soes.soton.ac.uk/staff/pmrp/GY102/module5/m5.html

 

ข้อแตกต่างอีกประการคือ ACRs มักมีประจุเป็น +1  (สูญเสียอิเล็กตรอนจากอะตอมไปหนึ่งตัว) แต่ GCRs จะเป็นนิวเคลียสธาตุ หรืออะตอมที่สูญเสียอิเลคตรอนไปจนหมดเพราะการเดินทางด้วยความเร็วสูงผ่านกาแลกซีมานานนับหลายล้านปี

ACRs เกิดขึ้นเมื่ออะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า (neutral charge atom)จากตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์เดินทางเขาสู่ heliosheath ผ่าน termination shock เข้ามาแล้วถูกทำให้มีสภาพมีประจุ (ionization) ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet radiation)จากดวงอาทิตย์การที่ไปเพิ่มพลังงานให้อิเล็กตรอนภายในอะตอม แล้วหลุดออกมาทำให้อะตอมเปลี่ยนเป็นไอออนประจุบวก หรือไม่ก็เกิดจากการแลกเปลี่ยนประจุกับลมสุริยะ (solar wind) จากนั้นอนุภาคมีประจุ (charge particle) หรือไอออนก็จะถูกลมสุริยะพากลับไปยังบริเวณ termination shock  อีกครั้งแล้วถูกเร่งจนมีความเร็วสูงขึ้น ด้วยการสะท้อนกลับไปกลับมาผ่าน termination shock  แต่ยังจัดว่ามีพลังงานต่ำเมื่อเทียบกับรังสีคอสมิคจากกาแลกซี

 

ไดอะแกรมแสดงต้นเนิดของรังสีคอสมิคแบบผิดปกติ ทั้งจากภายนอกโดยอะตอมที่เป็นกลางทางไฟฟ้าจากอวกาศระหว่างดาวฤกษ์

Image credit: Schwadron et al. 2003

 

แหล่งกำเนิดที่อาจเป็นไปได้ของ ACRs อีกแห่งคือจากภายในแถบคูเปอร์ (Kuiper Belt) โดยอะตอมธาตุภายในเศษวัสดุขนาดเล็ก (grains) ในบริเวณดังกล่าวหลุดออกมาแล้วถูกทำให้มีสภาพมีประจุ จากนั้นจึงถูกพาออกไปยัง termination shock

อนุภาคมีประจุหรือไอออนที่ถูกเร่งความเร็วหรือหน่วงภายในบริเวณ termination Shock ก็จะฟุ้ง (diffuse) และลอยเลื่อน (drift) เข้าสู่ส่วนในของ heliosphere ในฐานะรังสีคอสมิคแบบผิดปกติ (Anomalous Cosmic Rays) ต่อไป

 

 

อ้างอิง

-    http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_rays

-    http://www.macalester.edu/astronomy/people/mattc/CRIntro.htm

-    http://www.swri.org/3pubs/ttoday/fall03/Anomalous.htm

-    Mewaldt, R. A., A. C. Cummings, and E. C. Stone, Anomalous cosmic rays: Interstellar interlopers in the heliosphere and magnetosphere, EOS, 75, Number 16, 1994.

-    Schwadron et al., The Outer Source of Pickup Ions and Anomalous Cosmic Rays, Geophysical Research Letters, 2003