Astronomer har lenge lurt på hvor høyenergiske kosmiske stråler har sin opprinnelse i galaksen vår? Nye observasjoner ved hjelp av observatoriet Høyhøyde vann Cherenkov eksperiment (HAWC) oppdaget en nesten umulig kandidat: ellers er en gigantisk molekylsky et vanlig fenomen.
Kosmiske stråler er ikke stråler i det hele tatt, men ørsmå partikler som beveger seg gjennom universet med nesten lysets hastighet. De kan bestå av elektroner, protoner eller til og med ioner av tyngre grunnstoffer. De skapes i alle slags høyenergiprosesser i hele kosmos, fra supernovaeksplosjoner til stjernesammenslåinger og til og med når et sort hull suger inn gass. Kosmiske stråler kommer i et bredt utvalg av energier, og generelt sett er kosmiske stråler med høyere energi mindre vanlig enn deres fettere med lavere energi. Dette forholdet endres veldig lite ved en viss energi - 10^15 elektronvolt - som kalles et "kne". Elektronvolt, eller eV, er ganske enkelt måten partikkelfysikere liker å måle energinivåer på. Til sammenligning kan den kraftigste partikkelkollideren på jorden, Large Hadron Collider, nå 13×10^12 eV, som ofte betegnes som 13 teraelektronvolt eller 13 TeV.
Kosmiske stråler med energi over 10-15 eV er mye sjeldnere enn man kunne forvente. Dette har fått astronomer til å tro at alle kosmiske stråler på dette energinivået og høyere kommer fra utenfor galaksen, mens prosesser i Melkeveien er i stand til å produsere kosmiske stråler opp til og med 10-15 eV. Uansett hva som skaper disse kosmiske strålene vil være i "peta"-området og derfor mer enn 1000 ganger kraftigere enn våre beste partikkelakseleratorer - de naturlige "pevatronene" som streifer rundt i galaksen.
Oppdraget er enkelt: Finn kilden til PEV-skala kosmiske stråler i Melkeveien. Men til tross for deres energi, er det vanskelig å fastslå deres opprinnelse. Det er fordi kosmiske stråler består av ladede partikler, og ladede partikler som beveger seg i det interstellare rommet reagerer på galaksens magnetfelt. Så når du ser en kosmisk stråle med høy energi som kommer fra en bestemt retning på himmelen, har du virkelig ingen anelse om hvor den faktisk kom fra – dens vei har blitt vridd og forvrengt på sin reise til jorden. Men i stedet for å lete etter kosmiske stråler direkte, kan vi se etter deres slektninger.
Når kosmiske stråler ved et uhell treffer en sky av interstellar gass, kan de sende ut gammastråler, en høyenergiform for stråling. Disse gammastrålene passerer gjennom galaksen i en rett linje, og lar oss direkte bestemme deres opprinnelse. Derfor, hvis vi ser en sterk gammastrålekilde, kan vi se etter nærliggende kilder til PEV kosmiske stråler.
Også interessant:
- Nøytronstjerner etterlater en arv av gull og platina
- Hva hjelper til med å kjøle ned varme nøytronstjerner?
Denne metoden ble brukt av en gruppe forskere som brukte HAWC, som ligger på Sierra Negra-vulkanen i sør-sentrale Mexico. HAWC "ser" på himmelen ved siden av tanker fylt med ultrarent vann. Når høyenergipartikler eller stråling treffer reservoarene, sender de ut et blått lys som lar astronomer spore kilden på himmelen.
I detalj i en artikkel som nylig ble publisert i tidsskriftet arXiv, har astronomer identifisert en kilde til gammastråler som overstiger 200 TeV som bare kan produseres av enda kraftigere kosmiske stråler - den typen kosmiske stråler som når PEV-skalaen. Kilden, kalt HAWC J1825-134, ligger omtrent mot sentrum av galaksen. HAWC J1825-134 fremstår for oss som en lyssterk gammastråleflekk opplyst av en ukjent kosmisk strålekilde - muligens den kraftigste kjente kosmiske strålekilden i Melkeveien.
Flere vanlige høyenergiske kosmiske strålekilder er innenfor noen få tusen lysår fra HAWC J1825-134, men ingen av dem kan enkelt forklare signalet. For eksempel er selve det galaktiske senteret en kjent generator av intense kosmiske stråler, men det er for langt fra HAWC J1825-134 til å være relevant for disse målingene. Det er noen supernovarester, og supernovaene er utvilsomt veldig kraftige. Men alle supernovaene i HAWC J1825-134-regionen eksploderte for lenge siden – for lenge siden til å produsere disse høyenergiske kosmiske strålene nå.
Pulsarer – de tette, raskt roterende restene av kjernene til massive stjerner – produserer også store mengder kosmiske stråler. Men også de er for langt fra kilden til gammastrålingen – energien til elektroner og protoner som kommer fra pulsaren – de er rett og slett ikke høye nok til å reise tusenvis av lysår til der gammastrålingen sendes ut.
Overraskende nok viste kilden til disse rekordstore kosmiske strålene seg å være ingen ringere enn en gigantisk molekylsky. Disse skyene er gigantiske, klønete skapninger fylt med støv og gass som streifer rundt i galaksen. Noen ganger trekker de seg sammen og blir stjerner, men ellers kan de forbli rolige og løse i milliarder av år.
Inne i skykomplekset er en klynge av nyfødte stjerner, men selv de mest fancy og høylytte unge stjernene antas ikke å være kraftige nok til å sende ut slike kosmiske stråler. Forskerne selv innrømmer at de ikke vet hvordan denne skyen gjør det, men på en eller annen måte, når ingen tok hensyn, genererte den noen av de kraftigste partiklene i hele galaksen.
Les også:
- Et merkelig nøytralt elektron har blitt oppdaget i en ny tilstand av materie
- Fem måter kunstig intelligens kan hjelpe oss i romutforskning