Astronomer har länge undrat var kosmiska strålar med hög energi har sitt ursprung i vår galax? Nya observationer med hjälp av observatoriet Höghöjdsvatten Cherenkov-experiment (HAWC) upptäckte en nästan omöjlig kandidat: annars är ett gigantiskt molekylärt moln ett vanligt fenomen.
Kosmiska strålar är inte alls strålar, utan snarare små partiklar som färdas genom universum med nästan ljusets hastighet. De kan bestå av elektroner, protoner eller till och med joner av tyngre grundämnen. De skapas i alla typer av högenergiprocesser i hela kosmos, från supernovaexplosioner till stjärnsammanslagningar och till och med när ett svart hål suger in gas. Kosmiska strålar finns i en mängd olika energier, och generellt sett är kosmiska strålar med högre energi mindre vanliga än deras kusiner med lägre energi. Detta förhållande ändras väldigt lite vid en viss energi - 10^15 elektronvolt - som kallas ett "knä". Elektronvolt, eller eV, är helt enkelt det sätt som partikelfysiker gillar att mäta energinivåer. Som jämförelse kan den mest kraftfulla partikelkollideraren på jorden, Large Hadron Collider, nå 13×10^12 eV, ofta kallad 13 teraelektronvolt eller 13 TeV.
Kosmiska strålar med energi över 10-15 eV är mycket sällsynta än man kan förvänta sig. Detta har fått astronomer att tro att alla kosmiska strålar på denna energinivå och högre kommer från utanför galaxen, medan processer i Vintergatan kan producera kosmiska strålar upp till och inklusive 10-15 eV. Vad som än skapar dessa kosmiska strålar kommer att vara i "peta"-intervallet och därför mer än 1000 XNUMX gånger kraftfullare än våra bästa partikelacceleratorer - de naturliga "pevatronerna" som strövar omkring i galaxen.
Uppdraget är enkelt: hitta källan till PEV-skala kosmiska strålar i Vintergatan. Men trots deras energi är det svårt att avgöra deras ursprung. Det beror på att kosmiska strålar består av laddade partiklar och laddade partiklar som färdas i det interstellära rymden reagerar på vår galax magnetfält. Så när du ser en kosmisk stråle med hög energi som kommer från ett visst håll på himlen, har du verkligen ingen aning om var den faktiskt kom ifrån – dess väg har vridits och förvrängts på sin resa till jorden. Men istället för att leta efter kosmiska strålar direkt kan vi leta efter deras släktingar.
När kosmiska strålar av misstag träffar ett moln av interstellär gas, kan de sända ut gammastrålar, en högenergiform av strålning. Dessa gammastrålar passerar genom galaxen i en rak linje, vilket gör att vi direkt kan bestämma deras ursprung. Därför, om vi ser en stark gammastrålningskälla, kan vi leta efter närliggande källor för PEV kosmisk strålning.
Också intressant:
Denna metod användes av en grupp forskare som använde HAWC, som ligger på vulkanen Sierra Negra i södra centrala Mexiko. HAWC "tittar" mot himlen bredvid tankar fyllda med ultrarent vatten. När högenergipartiklar eller strålning träffar reservoarerna, avger de en blixt av blått ljus, vilket gör att astronomer kan spåra källan på himlen.
I detalj i en artikel som nyligen publicerades i tidskriften arXiv har astronomer identifierat en källa till gammastrålar som överstiger 200 TeV som bara kan produceras av ännu mer kraftfulla kosmiska strålar – den typ av kosmiska strålar som når PEV-skalan. Källan, som heter HAWC J1825-134, ligger ungefär mot galaxens centrum. HAWC J1825-134 framstår för oss som en ljus gammastrålningsfläck upplyst av någon okänd kosmisk strålkälla - möjligen den mest kraftfulla kända kosmiska strålkällan i Vintergatan.
Flera vanliga misstänkta högenergikällor för kosmisk strålning ligger inom några tusen ljusår från HAWC J1825-134, men ingen av dem kan enkelt förklara signalen. Till exempel är själva det galaktiska centret en känd generator av intensiva kosmiska strålar, men det är för långt från HAWC J1825-134 för att vara relevant för dessa mätningar. Det finns några supernovarester, och supernovorna är utan tvekan mycket kraftfulla. Men alla supernovor i regionen HAWC J1825-134 exploderade för länge sedan - för länge sedan för att producera dessa högenergiska kosmiska strålar nu.
Pulsarer – de täta, snabbt roterande resterna av kärnorna i massiva stjärnor – producerar också stora mängder kosmisk strålning. Men de är också för långt från källan till gammastrålningen - energin hos elektroner och protoner som kommer från pulsaren - de är helt enkelt inte tillräckligt höga för att resa tusentals ljusår till där gammastrålningen sänds ut.
Överraskande nog visade sig källan till dessa rekordbrytande kosmiska strålar vara ingen mindre än ett gigantiskt molekylärt moln. Dessa moln är gigantiska, klumpiga varelser fyllda med damm och gas som strövar omkring i galaxen. Ibland drar de ihop sig och blir stjärnor, men annars kan de förbli stilla och lösa i miljarder år.
Inuti molnkomplexet finns en klunga av nyfödda stjärnor, men inte ens de snyggaste och mest högljudda unga stjärnorna anses inte vara tillräckligt kraftfulla för att sända ut sådana kosmiska strålar. Forskarna själva medger att de inte vet hur detta moln gör det, men på något sätt, när ingen var uppmärksam, genererade det några av de mest kraftfulla partiklarna i hela galaxen.
Läs också:
- En märklig neutral elektron har upptäckts i ett nytt materiatillstånd
- Fem sätt artificiell intelligens kan hjälpa oss i rymdutforskning