¿Por qué rayos cósmicos de baja cuando pasa a través de la CMB?

Question

Cuando los rayos cósmicos pasar a través del espacio, se ralentizan. Pero, ¿por qué? La energía de los fotones que golpean estas partículas no podía ser transferidos a ella, lo que es ir aún más rápido?

En otras palabras: ¿por Qué rayos cósmicos perder energía (por lo tanto la velocidad) cuando los fotones del CMB choca con ella?

Agradecería la ayuda!

PS.: Yo no soy físico ni experto. Un principiante que le gusta la astrofísica. Así que si he dicho algo estúpido, por favor me corrija.

Answer 1

Tiene que ver con algo que se llama el efecto Doppler. Mirando desde los rayos cósmicos punto de vista, la luz que golpea la cabeza tiene una muy alta energía, y la luz que golpea por detrás es aún más frío/una energía más baja que lo que vemos ($2.7$ grados Kelvin).

Si quieres seguir a nuestro punto de vista, entonces sí un fotón golpear desde detrás de impulsaría, pero cuando el equilibrio de la conservación de la energía y el impulso a la cabeza golpea y quita mucha más energía de la parte posterior de final de da. La forma en que la matemática trabaja en esas leyes de conservación, es, básicamente, el cambio de perspectiva a la persona que ve los rayos cósmicos y los fotones de tener el mismo impulso en direcciones opuestas ("centro de masa" frame"), viendo lo que sucede, y luego traducir de nuevo a nuestro punto de vista. Cuando los rayos cósmicos es ser golpeado por detrás de la que hay muy poco de energía a la izquierda en cualquiera de los fotones o los rayos cósmicos después de que el cambio en la perspectiva. Cuando se golpea en la cabeza, aunque, también hay menos energía, en general, pero mucho más que en el otro caso. Esto sucede porque, en ambos casos, el cambio en la perspectiva necesita es estar en movimiento, casi tan rápido como el de los rayos cósmicos en la misma dirección. Por el efecto Doppler, que esto aumentará la frecuencia de la cabeza sobre la de los fotones, y reducir aún más que de la colisión trasera de fotones.

Esto se vuelve muy importante cuando hay suficiente energía en el centro de impulso marco de empezar a hacer algo que se llama la producción de par. Para cada tipo de partículas de los rayos cósmicos tiene suficiente energía para producir con el CMB, más rápido se pierde energía a las colisiones con ella. Incluso hay una hipótesis de que la distancia de los rayos cósmicos pueden viajar por encima de una cierta energía cinética está severamente limitada por el hecho de que se debe producir pions cuando se ejecuta en el CMB. El nombre de este límite es el corte GZK. Si quieres saber por qué ese es el límite, y no la producción de pares electrón-positrón, muon-anti muon pares, o de algún otro proceso, no sé los detalles.

Answer 2

Sean E. del Lago respuesta es excelente, y debe ser aceptado respuesta. Yo sólo quería proporcionar una forma alternativa de ver la misma cosa.El equilibrio térmico

Cuando las partículas interactúan, intercambian energía. Esto tiende a llevar un conjunto de partículas que interactúan en el equilibrio térmico, donde cada partícula tiene la misma distribución de las energías, no importa el tipo.

CMB fotones son de muy baja energía. Surgen a partir de la recombinación de hidrógeno, e incluso han sido desplazados hacia el rojo desde esa época, por lo que sus energías son de la orden de $10^{-3}\,\mathrm{eV}$. Por otro lado, la energía de los rayos cósmicos - que probablemente se originan en las supernovas y AGN - se mide en GeV y de seguridad (el más rápido cósmica detectado tenía una energía de $3\times10^{20}\,\mathrm{eV}^\dagger$).

Por lo tanto, la energía de los rayos cósmicos es mucho, mucho mayor que la de la CMB, y la interacción entre los dos está obligado, en promedio, para reducir la energía de la cosmics.

---

$^\dagger$_{"...lo que significaba lleno de la energía cinética de una pelota de béisbol en un único protón" (Randall Munroe, 2012).}

Answer 3

También existe la inversa del efecto Compton jugar un papel aquí. En su camino a través de la galaxia, los rayos cósmicos que interactúan con el fondo de microondas por la llamada inversa de la dispersión de Compton (Sarazin y Lugar de 1998). Este efecto de las transferencias de energía de las partículas a los fotones.

Es más eficiente para la baja masa de las partículas y, finalmente, conduce a la sub-representación de galáctica electrones y positrones. Por lo tanto, la mayoría de los rayos cósmicos que llegan a nuestro sistema solar (más pesado) protones. Relacionadas con la pregunta: ¿Qué sucede con los electrones compañeros de rayos cósmicos protones?