Astronomer har længe undret sig over, hvor højenergiske kosmiske stråler stammer fra i vores galakse? Nye observationer ved hjælp af observatoriet Højhøjde vand Cherenkov eksperiment (HAWC) opdagede en næsten umulig kandidat: ellers er en kæmpe molekylær sky et almindeligt fænomen.
Kosmiske stråler er slet ikke stråler, men derimod bittesmå partikler, der rejser gennem universet med næsten lysets hastighed. De kan bestå af elektroner, protoner eller endda ioner af tungere grundstoffer. De skabes i alle slags højenergiprocesser i hele kosmos, fra supernovaeksplosioner til stjernefusioner og endda når et sort hul suger gas ind. Kosmiske stråler findes i en bred vifte af energier, og generelt set er kosmiske stråler med højere energi mindre almindelige end deres fætre med lavere energi. Dette forhold ændrer sig meget lidt ved en bestemt energi - 10^15 elektronvolt - som kaldes et "knæ". Elektronvolt, eller eV, er simpelthen den måde, partikelfysikere kan lide at måle energiniveauer på. Til sammenligning kan den kraftigste partikelkollider på Jorden, Large Hadron Collider, nå 13×10^12 eV, hvilket ofte betegnes som 13 teraelektronvolt eller 13 TeV.
Kosmiske stråler med energi over 10-15 eV er meget sjældnere, end man kunne forvente. Dette har fået astronomer til at tro, at alle kosmiske stråler på dette energiniveau og derover kommer uden for galaksen, mens processer i Mælkevejen er i stand til at producere kosmiske stråler op til og med 10-15 eV. Uanset hvad der skaber disse kosmiske stråler vil være i "peta"-området og derfor mere end 1000 gange stærkere end vores bedste partikelacceleratorer - de naturlige "pevatroner", der strejfer rundt i galaksen.
Missionen er enkel: find kilden til PEV-skala kosmiske stråler i Mælkevejen. Men på trods af deres energi er det svært at bestemme deres oprindelse. Det skyldes, at kosmiske stråler består af ladede partikler, og ladede partikler, der rejser i det interstellare rum, reagerer på vores galakses magnetfelt. Så når du ser en højenergisk kosmisk stråle komme fra en bestemt retning på himlen, har du virkelig ingen idé om, hvor den faktisk kom fra – dens vej er blevet snoet og forvrænget på sin rejse til Jorden. Men i stedet for at lede efter kosmiske stråler direkte, kan vi lede efter deres slægtninge.
Når kosmiske stråler ved et uheld rammer en sky af interstellar gas, kan de udsende gammastråler, en højenergiform for stråling. Disse gammastråler passerer gennem galaksen i en lige linje, hvilket giver os mulighed for direkte at bestemme deres oprindelse. Derfor, hvis vi ser en stærk gammastrålekilde, kan vi lede efter nærliggende kilder til PEV kosmiske stråler.
Også interessant:
- Neutronstjerner efterlader en arv af guld og platin
- Hvad hjælper med at køle varme neutronstjerner ned?
Denne metode blev brugt af en gruppe forskere, der brugte HAWC, som er placeret på Sierra Negra-vulkanen i det sydlige centrale Mexico. HAWC "kigger" på himlen ved siden af tanke fyldt med ultrarent vand. Når højenergipartikler eller stråling rammer reservoirerne, udsender de et glimt af blåt lys, hvilket gør det muligt for astronomer at spore kilden på himlen.
I detaljer i et papir, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet arXiv, har astronomer identificeret en kilde til gammastråler på over 200 TeV, som kun kan produceres af endnu kraftigere kosmiske stråler - den slags kosmiske stråler, der når PEV-skalaen. Kilden, der hedder HAWC J1825-134, er placeret omtrent mod midten af galaksen. HAWC J1825-134 fremstår for os som et lysende gammastrålefelt belyst af en ukendt kosmisk strålekilde - muligvis den mest kraftfulde kendte kosmiske strålekilde i Mælkevejen.
Adskillige almindelige højenergi-kosmiske strålekilder er mistænkte inden for et par tusinde lysår fra HAWC J1825-134, men ingen af dem kan nemt forklare signalet. For eksempel er selve det galaktiske center en kendt generator af intense kosmiske stråler, men det er for langt fra HAWC J1825-134 til at være relevant for disse målinger. Der er nogle supernova-rester, og supernovaerne er uden tvivl meget kraftfulde. Men alle supernovaerne i regionen HAWC J1825-134 eksploderede for længe siden - for længe siden til at producere disse højenergiske kosmiske stråler nu.
Pulsarer - de tætte, hurtigt roterende rester af kernerne af massive stjerner - producerer også rigelige mængder kosmiske stråler. Men også de er for langt fra kilden til gammastrålingen - energien fra elektroner og protoner, der kommer fra pulsaren - de er simpelthen ikke høje nok til at rejse tusindvis af lysår til det sted, hvor gammastrålingen udsendes.
Overraskende nok viste kilden til disse rekordstore kosmiske stråler sig at være ingen ringere end en kæmpe molekylær sky. Disse skyer er gigantiske, klodsede væsner fyldt med støv og gas, der strejfer rundt i galaksen. Nogle gange trækker de sig sammen og bliver til stjerner, men ellers kan de forblive stille og løse i milliarder af år.
Inde i skykomplekset er en klynge af nyfødte stjerner, men selv de mest fantasifulde og højlydte unge stjerner menes ikke at være kraftige nok til at udsende sådanne kosmiske stråler. Forskerne selv indrømmer, at de ikke ved, hvordan denne sky gør det, men på en eller anden måde, da ingen var opmærksom, genererede den nogle af de mest kraftfulde partikler i hele galaksen.
Læs også:
- En mærkelig neutral elektron er blevet opdaget i en ny stoftilstand
- Fem måder kunstig intelligens kan hjælpe os med at udforske rummet på