Mi gyorsítja fel a kozmikus sugarakat a fénysebesség közelébe? A csillagász közel 100 éve fontolgatta ezt a kérdést, és most új bizonyítékok alátámasztják a két évtizeden át tartott elméletet, miszerint a kozmikus sugarak valószínűleg felrobbantanak csillagok és csillagszelek által. "Ezt a felfedezést majdnem 20 éve előre jelezték, de ez idáig egyetlen eszköz sem volt elég érzékeny ahhoz, hogy láthassa" - mondta Wystan Benbow, a Smithsonian Astrophysical Observatory asztrofizikusa, aki koordinálta ezt a projektet a Nagyon Energetikus Sugárzás Képalkotó Teleszkóp Array Rendszer (VERITAS) számára. ) együttműködés.
Közel 100 évvel ezelőtt a tudósok felfedezték a kozmikus sugarak első jeleit, amelyek valójában nem sugarak vagy sugarak, hanem szubatomi részecskék (többnyire protonok), amelyek szinte a fénysebességgel elcsúsznak az űrben. A legintenzívebb kozmikus sugarak a 98 mph sebességű gyorsgolyó ütésével ütik el, annak ellenére, hogy kisebbek, mint egy atom. A csillagászok megkérdőjelezték, hogy a természetes erő milyen gyorsan képes felgyorsítani a részecskéket.
A legritkább kozmikus sugarak több mint 100 milliárdszor annyi energiát szállítanak, mint amelyet a Föld bármely részecskegyorsítója generál. A csillagászok zseniális módszereket dolgoztak ki a Föld légkörét sújtó kozmikus sugarak kimutatására. A kozmikus sugarak távolról történő észlelése azonban sokkal több erőfeszítést igényel.
A VERITAS új bizonyítékokat talált a kozmikus sugarak számára a „Cigar-galaxisban”, más néven Messier 82 (M82) néven, amely 12 millió fényévnyire van a Földtől az Ursa Major csillagkép irányában, és amely erősen támogatja a régóta tartott elmélet, miszerint a szupernóvák és a csillagszelek hatalmas csillagokból származnak a kozmikus sugarak részecskék domináns gyorsítóiként.
Azok a galaxisok, amelyekben magas a csillagképződés, például az M82-ben, más néven „csillagszóró” galaxisokban, nagyszámú szupernóva és hatalmas csillag van. Ha az elmélet áll, akkor a csillagszóró galaxisoknak több kozmikus sugarat kell tartalmazniuk, mint a normál galaxisokban. A VERITAS felfedezése megerősíti ezt az elvárást, jelezve, hogy az M82 kozmikus sugár sűrűsége megközelítőleg 500-szorosa a galaxisunk, a Tejút átlagos sűrűségének.
"Ez a felfedezés alapvető betekintést nyújt a kozmikus sugarak eredetébe" - mondta Rene Ong, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem fizikai professzora és a VERITAS együttműködés szóvivője.
A gamma sugarak felhasználása a kozmikus sugarak következtetésére
A VERITAS nem tudta közvetlenül észlelni az M82 kozmikus sugarait, mert ezek csapdába esnek a Cigar-galaxisban. Ehelyett a VERITAS utalásokat keresett a kozmikus sugarak jelenlétére: gamma sugarak. A gammasugarak a fény legintenzívebb formája, sokkal erősebb, mint az ultraibolya vagy akár a röntgen. Amikor a kozmikus sugarak kölcsönhatásba lépnek a csillagközi gázzal és az M82-en belüli sugárzással, gamma-sugarakat bocsátanak ki, amelyek elmenekülhetnek otthoni galaxisukból és elérhetik a Föld körüli detektorokat.
Két év eltelt az adatgyűjtés az M82-ből származó gyenge jel elcsúsztatására.
„Tudtuk, hogy az M82 kimutatása fontos tudományos következményekkel jár. Ennek eredményeként egy rendkívül hosszú expozíciót terveztünk azonnal, miután a kísérlet teljes mértékben működőképes lett ”- mondta Benbow. „Az adatokat aprólékosan elemezni kellett a gamma-sugárzás kinyeréséhez, amely több mint egymilliószor kisebb, mint a háttérzaj. Noha a jel csak egy apró része az adatoknak, sok ellenőrzést végeztünk a lehetséges torzítások szempontjából, és bízunk benne, hogy a jel valódi. ”
"Az M82 kimutatása azt jelzi, hogy az univerzum tele van természetes részecskegyorsítókkal, és mivel a földi gamma-sugár-megfigyelő intézetek tovább javulnak, a további felfedezések elkerülhetetlenek." mondta Martin Pohl, az Iowa Állami Egyetem fizikai professzora, aki segített a tanulmány vezetésében. A következő generációs VHE gamma-ray megfigyelőközpont, az Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS) már fejlesztés alatt áll.
A VERITAS több mint 100 tudós közreműködésével működik, 22 különböző intézményből az Egyesült Államokban, Írországban, Angliában és Kanadában. Kattintson ide, ha további információt szeretne a VERITAS-ról.
Vezető képaláírás: Az M82 aktív galaxisának több hullámhosszú képei, a Hubble, a Chandra és a Spitzer. Hitel: NASA, ESA, CXC és JPL-Caltech
Forrás: Harvard Smithsonian Asztrofizikai Központ
