Co przyspiesza promienie kosmiczne do prawie prędkości światła? Astronom zastanawiał się nad tym pytaniem od prawie 100 lat, a teraz nowe dowody potwierdzają teorię utrzymywaną przez dwie dekady, że promienie kosmiczne prawdopodobnie są napędzane przez wybuchające gwiazdy i wiatry gwiezdne. „Odkrycia tego przewidywano od prawie 20 lat, ale do tej pory żaden instrument nie był wystarczająco czuły, aby go zobaczyć” - powiedział Wystan Benbow, astrofizyk z Smithsonian Astrophysical Observatory, który koordynował ten projekt w ramach bardzo energetycznego systemu obrazowania za pomocą radiotelefonów (VERITAS) ) współpraca.
Prawie 100 lat temu naukowcy wykryli pierwsze oznaki promieni kosmicznych, które w rzeczywistości nie są promieniami lub wiązkami, ale cząsteczkami subatomowymi (głównie protonami), które ślizgają się w przestrzeni kosmicznej z prędkością niemal światła. Najbardziej energetyczne promienie kosmiczne uderzone szybkim kulą o prędkości 98 km / h, mimo że są mniejsze niż atom. Astronomowie zastanawiali się, jaka siła naturalna może przyspieszyć cząstki do takiej prędkości.
Najrzadsze promienie kosmiczne przenoszą ponad 100 miliardów razy więcej energii niż generowane przez dowolny akcelerator cząstek na Ziemi. Astronomowie opracowali genialne metody wykrywania promieni kosmicznych, które uderzają w ziemską atmosferę. Jednak wykrywanie promieni kosmicznych z dużej odległości wymaga znacznie większego wysiłku.
VERITAS znalazł nowe dowody na promieniowanie kosmiczne w „Galaktyce Cygarowej”, znanej również jako Messier 82 (M82), która znajduje się 12 milionów lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Ursa Major, które silnie wspierają długo utrzymywane teoria, że supernowe i wiatry gwiezdne z masywnych gwiazd są dominującymi akceleratorami cząstek promieniowania kosmicznego.
Galaktyki o wysokim poziomie formowania się gwiazd, takie jak M82, znane również jako galaktyki „wybuchu gwiazdy”, mają dużą liczbę supernowych i masywnych gwiazd. Jeśli teoria się utrzymuje, wówczas galaktyki gwiazdowe powinny zawierać więcej promieni kosmicznych niż normalne galaktyki. Odkrycie VERITAS potwierdza to oczekiwanie, wskazując, że gęstość promieniowania kosmicznego w M82 jest około 500 razy większa niż średnia gęstość w naszej Galaktyce, Drodze Mlecznej.
„To odkrycie zapewnia fundamentalny wgląd w pochodzenie promieni kosmicznych” - powiedział Rene Ong, profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i rzecznik współpracy VERITAS.
Używanie promieni gamma do wnioskowania o promieniach kosmicznych
VERITAS nie mógł bezpośrednio wykryć promieni kosmicznych M82, ponieważ są one uwięzione w galaktyce cygar. Zamiast tego VERITAS szukał wskazówek dotyczących obecności promieni kosmicznych: promieni gamma. Promienie gamma są najbardziej energetyczną formą światła, znacznie potężniejszą niż światło ultrafioletowe, a nawet promieniowanie rentgenowskie. Kiedy promienie kosmiczne oddziałują z gazem międzygwiezdnym i promieniowaniem w obrębie M82, wytwarzają promienie gamma, które mogą następnie uciec z ich macierzystej galaktyki i dotrzeć do detektorów ziemskich.
Zbieranie danych zajęło dwa lata, aby wydobyć słaby sygnał z M82.
„Wiedzieliśmy, że wykrycie M82 będzie miało ważne implikacje naukowe. W rezultacie zaplanowaliśmy wyjątkowo długą ekspozycję natychmiast po tym, jak eksperyment stał się w pełni operacyjny ”- powiedział Benbow. „Dane wymagały drobiazgowej analizy w celu wyodrębnienia sygnału promieniowania gamma, który jest ponad milion razy mniejszy niż szum tła. Chociaż sygnał stanowi tylko niewielką część danych, przeprowadziliśmy wiele sprawdzeń pod kątem możliwego błędu systematycznego i jesteśmy pewni, że sygnał jest prawdziwy. ”
„Wykrywanie M82 wskazuje, że wszechświat jest pełen naturalnych akceleratorów cząstek, a ponieważ naziemne obserwatory promieniowania gamma nadal się poprawiają, dalsze odkrycia są nieuniknione”. powiedział Martin Pohl, profesor fizyki z Iowa State University, który pomógł poprowadzić badanie. Obserwatorium promieniowania gamma VHE nowej generacji, Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS), jest już w fazie rozwoju.
VERITAS jest obsługiwany przez współpracę ponad 100 naukowców z 22 różnych instytucji w Stanach Zjednoczonych, Irlandii, Anglii i Kanadzie. Kliknij tutaj, aby uzyskać więcej informacji na temat VERITAS.
Podpis obrazu ołowiu: Kompozyt obrazów wielofalowych aktywnej galaktyki M82 z Hubble'a, Chandry i Spitzera. Źródło: NASA, ESA, CXC i JPL-Caltech
Źródło: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
