Zamiast inwestować w akceleratory cząstek tutaj na Ziemi, fizycy mogą rozważyć wysadzenie kilku gwiazd. Gdy cząsteczki poruszają się wokół pozostałości, są przyspieszane przez ogromne pola magnetyczne, które ostatecznie zbliżają się do prędkości światła. Obrazy z Chandra pokazują, że cząstki są przyspieszane do maksymalnej prędkości przewidywanej przez teorie.
Nowe wskazówki dotyczące pochodzenia promieni kosmicznych, tajemniczych cząstek o wysokiej energii, które bombardują Ziemię, ujawniono za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra. Niezwykle szczegółowy obraz pozostałości eksplodującej gwiazdy zapewnia kluczowy wgląd w generowanie promieni kosmicznych.
Po raz pierwszy astronomowie odwzorowali tempo przyspieszenia elektronów promieni kosmicznych w pozostałościach po supernowej. Nowa mapa pokazuje, że elektrony są przyspieszane z prędkością zbliżoną do teoretycznie maksymalnej prędkości. Odkrycie to dostarcza przekonujących dowodów na to, że pozostałości po supernowych są kluczowymi miejscami pobudzania naładowanych cząstek.
Mapa została stworzona z obrazu Cassiopei A, 325-letniej pozostałości powstałej w wyniku wybuchowej śmierci masywnej gwiazdy. Niebieskie, delikatne łuki na obrazie śledzą rozszerzającą się zewnętrzną falę uderzeniową, w której następuje przyspieszenie. Pozostałe kolory na zdjęciu pokazują szczątki eksplozji, która została podgrzana do milionów stopni.
„Naukowcy teoretyzowali od lat 60. XX wieku, że promienie kosmiczne muszą być tworzone w plątaninie pól magnetycznych podczas szoku, ale tutaj widzimy, że dzieje się to bezpośrednio”, powiedział Michael Stage z University of Massachusetts, Amherst. „Wyjaśnienie, skąd pochodzą promienie kosmiczne, pomaga nam zrozumieć inne tajemnicze zjawiska we wszechświecie o wysokiej energii”.
Przykładami są przyspieszenie naładowanych cząstek do wysokich energii w wielu różnych obiektach, od wstrząsów w magnetosferze wokół Ziemi do niesamowitych dżetów pozagalaktycznych, które są wytwarzane przez supermasywne czarne dziury i mają tysiące lat świetlnych długości.
Naukowcy opracowali wcześniej teorię wyjaśniającą, w jaki sposób naładowane cząstki mogą być przyspieszane do ekstremalnie wysokich energii - poruszających się z prawie prędkością światła - poprzez wielokrotne odbijanie się w przód iw tył przez falę uderzeniową.
„Elektrony nabierają prędkości za każdym razem, gdy odbijają się przez przód szoku, jak w relatywistycznej maszynie do pinballu” - powiedział członek zespołu Glenn Allen z Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge. „Pola magnetyczne są jak zderzaki, a szok jest jak płetwa”.
W analizie ogromnego zestawu danych zespół był w stanie oddzielić promienie X pochodzące od przyspieszających elektronów od tych pochodzących z podgrzanych szczątków gwiazd. Dane sugerują, że niektóre z tych elektronów są przyspieszane z prędkością bliską maksymalnemu przewidywanemu teoretycznie. Promienie kosmiczne składają się z elektronów, protonów i jonów, z których tylko promieniowanie elektronowe jest wykrywalne w promieniach rentgenowskich. Oczekuje się, że protony i jony, które stanowią większość promieni kosmicznych, będą zachowywać się podobnie jak elektrony.
„To ekscytujące widzieć regiony, w których blask wytwarzany przez promienie kosmiczne faktycznie przyćmiewa gaz o promieniu 10 milionów stopni ogrzewany przez fale uderzeniowe supernowej” - powiedział John Houck z MIT. „Pomaga nam to zrozumieć nie tylko sposób, w jaki promienie kosmiczne są przyspieszane, ale także ewolucję pozostałości po supernowych”.
Wraz ze wzrostem całkowitej energii promieni kosmicznych za falą uderzeniową zmienia się pole magnetyczne za uderzeniem, a także charakter samej fali uderzeniowej. Badanie warunków wstrząsów pomaga astronomom śledzić zmiany pozostałości supernowej w czasie i ostatecznie lepiej zrozumieć pierwotną eksplozję supernowej.
Marshall Space Flight Center NASA, Huntsville, Ala., Zarządza programem Chandra dla Dyrekcji Misji Naukowej agencji. Smithsonian Astrophysical Observatory kontroluje naukę i operacje lotnicze z Chandra X-ray Centre, Cambridge, Massachusetts.
Oryginalne źródło: Chandra News Release
