Vi kan ha funnet den kraftigste partikkelakseleratoren i galaksen

Dette bildet, laget med data fra European Space Agency’s Herschel og Planck romteleskoper, viser et stykke av Taurus Molecular Cloud.

Dette bildet, laget med data fra European Space Agency’s Herschel og Planck romteleskoper, viser et stykke av Taurus Molecular Cloud. (Bildekreditt: ESA / Herschel / Planck; J. D. Soler, MPIA)





Paul M. Sutter er astrofysiker i SOLNIG Stony Brook og Flatiron Institute, vert for Spør en rommann og Romradio , og forfatter av Hvordan dø i verdensrommet . Han bidro med denne artikkelen til guesswhozoo.com Ekspertstemmer: Meninger og innsikt .

Astronomer har lenge lurt på hvor høy energi kosmiske stråler kommer fra vår galakse.

Og nå avslører nye observasjoner med observatoriet i High Altitude Water Cherenkov Experiment (HAWC) en usannsynlig kandidat: en ellers dagligdags gigantisk molekylær sky.



Melkeveiens galakse: Fakta om vårt galaktiske hjem

Tar kneet

Kosmiske stråler er ikke stråler i det hele tatt, men ganske små partikler som krysser gjennom universet med nesten lysets hastighet. De kan være laget av elektroner, protoner eller til og med ioner av tyngre grunnstoffer. De er skapt i alle slags høyenergiprosesser i hele kosmos, fra supernovaeksplosjoner til fusjon av stjerner til de siste vanvittige øyeblikkene når gass blir sugd opp av et svart hull.

Kosmiske stråler kommer i alle slags energier, og generelt er de kosmiske strålene med høyere energi sjeldnere enn deres lavenergi-slektninger. Dette forholdet endres på en veldig liten måte ved en bestemt energi-10^15 elektron-volt-som kalles 'kneet'. Elektron-volt, eller eV, er akkurat slik partikkelfysikere liker å måle energinivåer. Til sammenligning kan den mektigste partikkelkollideren på jorden, Large Hadron Collider, oppnå 13 X 10^12 eV, som ofte betegnes som 13 tera elektron-volt, eller 13 TeV.



Over en energi på 10^15 eV er kosmiske stråler mye sjeldnere enn du ville forvente. Dette har fått astronomer til å tro at alle kosmiske stråler på dette energinivået og høyere kommer utenfor galaksen, mens prosesser i Melkeveien er i stand til å produsere kosmiske stråler opp til og med 10^15 eV.

For de av dere som holder poengsummen hjemme, vil det som skaper disse kosmiske strålene være i 'peta' -området med greske prefikser, og derfor over 1000 ganger kraftigere enn våre beste partikkelakseleratorer - naturlige 'PeVatrons' som streifer rundt i galaksen.

Galleri: 65 helt store galaksehits



En sløve

Oppdraget er enkelt: finn kilden til kosmiske stråler i PeV-skalaen i Melkeveien. Men til tross for energien deres, er det vanskelig å finne ut av opprinnelsen. Det er fordi kosmiske stråler er laget av ladede partikler, og ladede partikler som beveger seg gjennom det interstellare rommet reagerer på galaksens magnetfelt. Når du ser en kosmisk stråle med høy energi som kommer fra en bestemt retning på himmelen, har du faktisk ingen anelse om hvor den virkelig kom fra-dens vei har bøyet seg og krummet seg i løpet av sin reise til jorden.

Men i stedet for å jakte på kosmiske stråler direkte, kan vi søke etter noen av deres slektninger. Når kosmiske stråler ved et uhell rammer en sky av interstellar gass, kan de avgi gammastråler, en form for høy energi av stråling. Disse gammastrålene skyter rett gjennom galaksen, slik at vi kan finne ut opprinnelsen direkte.

Så hvis vi ser en kilde til sterk gammastråleemisjon, kan vi se etter kilder til PeV-kosmiske stråler i nærheten.

Dette var metoden som ble brukt av et team av forskere som bruker HAWC, som ligger på Sierra Negra-vulkanen i Sør-Sentral-Mexico. HAWC 'stirrer' opp på himmelen med en serie tanker fylt med ultrarent vann. Når høyenergipartikler eller stråling kommer inn i tankene, avgir de et blink med blått lys, slik at astronomer kan spore kilden tilbake til himmelen.

Detaljert i a papir som nylig ble vist i fortrykkjournalen arXiv fant astronomene en kilde til gammastråler som overstiger 200 TeV, som bare kunne skapes av enda kraftigere kosmiske stråler - den type kosmiske stråler som når opp til PeV -skalaen. Kilden, kalt HAWC J1825-134, ligger omtrent i retning av det galaktiske sentrum. HAWC J1825-134 fremstår for oss som en lys flekk av gammastråler, opplyst av en ukjent kilde til kosmiske stråler-kanskje den mest kraftfulle kjente kilden til kosmiske stråler i Melkeveien.

En usannsynlig tungvekt

Noen få av de vanlige mistenkte kildene til høyenergiske kosmiske stråler sitter innenfor noen få tusen lysår etter HAWC J1825-134, men ingen av dem kan lett forklare signalet.

For eksempel er selve det galaktiske senteret en kjent generator for intens kosmisk strålevirkning, men det er altfor langt unna HAWC J1825-134, så det har ingen betydning for denne målingen.

Det er noen supernova -rester, og supernovaer er sikkert kraftige. Men alle supernovaene i regionen HAWC J1825-134 forsvant for lenge siden-alt for lenge tidligere til å lage disse kosmiske strålene med høy energi nå.

Pulsarer - de raskt spinnende tette restkjernene til massive stjerner - produserer også store mengder kosmiske stråler. Men også de sitter for langt unna kilden til gammastråler-energiene til elektronene og protonene som kommer fra pulsaren er bare ikke slagkraftige nok til å reise tusenvis av lysår til plasseringen av gammastråleemisjonen.

Overraskende synes kilden til disse rekordstore kosmiske strålene å være ingen ringere enn en gigantisk molekylær sky. Disse skyene er gigantiske, tømmerfulle brutes, fylt med støv og gass, som streifer rundt i galaksen. De trekker seg innimellom på seg selv og blir til stjerner, men ellers kan de forbli svale og løse i milliarder av år. Ikke forårsaker noen noen alvorlig trussel - og knapt engang merkbar med mindre du har gode infrarøde teleskoper - de er det siste stedet du kan forvente å finne slike vanvittig høye energier.

Innenfor skykomplekset er en klynge av nyfødte stjerner, men selv de mest sprø og høyeste babystjernene antas ikke å være kraftige nok til å avgi kosmiske stråler som dette. Forskerne selv innrømmer at de ikke vet hvordan denne skyen gjør det, men på en eller annen måte, da ingen tok hensyn, genererte den noen av de kraftigste partiklene i hele galaksen.

Les mer: ' Bevis på 200 TeV-fotoner fra HAWC J1825-134 '

Følg oss på Twitter @Spacedotcom eller Facebook.