A csillagászok régóta azon töprengenek, honnan erednek galaxisunkban a nagy energiájú kozmikus sugarak? Új megfigyelések az obszervatórium segítségével Nagy magasságú vízi Cherenkov-kísérlet (HAWC) szinte lehetetlen jelöltet fedezett fel: egyébként az óriási molekulafelhő gyakori jelenség.
A kozmikus sugarak egyáltalán nem sugarak, hanem apró részecskék, amelyek közel fénysebességgel haladnak át a világegyetemen. Ezek elektronokból, protonokból vagy akár nehezebb elemek ionjaiból állhatnak. A kozmoszban mindenféle nagy energiájú folyamat során keletkeznek, a szupernóva-robbanásoktól a csillagok egyesüléséig, és még akkor is, amikor egy fekete lyuk gázt szív magába. A kozmikus sugarak sokféle energiával rendelkeznek, és általában véve a magasabb energiájú kozmikus sugarak kevésbé gyakoriak, mint alacsonyabb energiájú rokonaik. Ez az arány nagyon kis mértékben változik egy bizonyos energiánál - 10^15 elektronvolt -, amelyet "térdnek" neveznek. Az elektronvolt vagy eV egyszerűen az a mód, ahogyan a részecskefizikusok szeretik az energiaszintet mérni. Összehasonlításképpen a Föld legerősebb részecskeütköztetője, a Large Hadron Collider elérheti a 13×10^12 eV-ot, amit gyakran 13 teraelektron voltnak vagy 13 TeV-nek neveznek.
A 10-15 eV feletti energiájú kozmikus sugarak sokkal ritkábbak, mint azt várnánk. Ez arra késztette a csillagászokat, hogy elhiggyék, hogy az ezen az energiaszinten vagy annál magasabb szinten lévő kozmikus sugárzás a galaxison kívülről érkezik, míg a Tejútrendszer folyamatai 10-15 eV-ig terjedő kozmikus sugarakat képesek előállítani. Bármi is hozza létre ezeket a kozmikus sugarakat, a "peta" tartományba kerül, és ezért több mint 1000-szer erősebb, mint legjobb részecskegyorsítóink – a galaxisban barangoló természetes "pevatronok".
A küldetés egyszerű: megtalálni a PEV-skálájú kozmikus sugarak forrását a Tejútrendszerben. De energiájuk ellenére nehéz meghatározni eredetüket. Ennek az az oka, hogy a kozmikus sugarak töltött részecskékből állnak, és a csillagközi térben utazó töltött részecskék reagálnak galaxisunk mágneses terére. Tehát amikor lát egy nagy energiájú kozmikus sugarat, amely egy bizonyos irányból jön az égbolton, akkor valójában fogalma sincs, honnan jött – az útja kicsavarodott és eltorzult a Föld felé vezető úton. De ahelyett, hogy közvetlenül keresnénk a kozmikus sugarakat, kereshetjük rokonaikat.
Amikor a kozmikus sugarak véletlenül eltalálnak egy csillagközi gázfelhőt, gamma-sugarakat bocsáthatnak ki, a sugárzás egy nagy energiájú formáját. Ezek a gamma-sugarak egyenes vonalban haladnak át a galaxison, így közvetlenül meghatározhatjuk eredetüket. Ezért, ha erős gamma-sugárforrást látunk, kereshetjük a PEV kozmikus sugarak közeli forrásait.
Szintén érdekes:
- A neutroncsillagok aranyat és platinát hagynak maguk után
- Mi segít lehűteni a forró neutroncsillagokat?
Ezt a módszert egy kutatócsoport alkalmazta a HAWC segítségével, amely a Sierra Negra vulkánon található Mexikó dél-középső részén. A HAWC az eget "néz" az ultratiszta vízzel töltött tartályok mellett. Amikor nagy energiájú részecskék vagy sugárzás éri a tározókat, kék fényt bocsátanak ki, így a csillagászok nyomon követhetik a forrást az égen.
Az arXiv folyóiratban nemrég megjelent cikkben a csillagászok 200 TeV feletti gamma-forrást azonosítottak, amelyet csak még erősebb kozmikus sugarak képesek előállítani – olyan kozmikus sugarak, amelyek elérik a PEV skálát. A HAWC J1825-134 nevű forrás körülbelül a Galaxis közepe felé található. A HAWC J1825-134 fényes gamma-fényfoltnak tűnik számunkra, amelyet valamilyen ismeretlen kozmikus sugárforrás világít meg – a Tejútrendszer talán legerősebb ismert kozmikus sugárforrása.
Számos gyakori nagyenergiájú kozmikus sugárforrás gyanúja néhány ezer fényéven belül van a HAWC J1825-134-től, de egyikük sem tudja könnyen megmagyarázni a jelet. Például maga a galaktikus központ az intenzív kozmikus sugarak ismert generátora, de túl messze van a HAWC J1825-134-től ahhoz, hogy releváns legyen ezeknél a méréseknél. Van néhány szupernóva-maradvány, és a szupernóvák kétségtelenül nagyon erősek. De az összes szupernóva a HAWC J1825-134 régiójában már régen felrobbant – túl régen ahhoz, hogy ezeket a nagyenergiájú kozmikus sugarakat most előállítsa.
A pulzárok – a nagy tömegű csillagok magjának sűrű, gyorsan forgó maradványai – szintén bőséges mennyiségű kozmikus sugarat bocsátanak ki. De ők is túl messze vannak a gamma-sugárzás forrásától - a pulzárból érkező elektronok és protonok energiájától - egyszerűen nem elég magasak ahhoz, hogy több ezer fényévet utazzanak oda, ahol a gamma-sugárzást kibocsátják.
Meglepő módon ezeknek a rekordméretű kozmikus sugaraknak a forrása nem más, mint egy óriási molekulafelhő. Ezek a felhők óriási, ügyetlen lények, tele porral és gázzal, amelyek a galaxisban járnak. Néha összehúzódnak és sztárokká válnak, de egyébként évmilliárdokig nyugodtak és laza maradhatnak.
A felhőkomplexum belsejében újszülött csillagok halmaza található, de úgy gondolják, hogy még a legszebb és leghangosabb fiatal csillagok sem elég erősek ahhoz, hogy ilyen kozmikus sugarakat indítsanak el. A kutatók maguk is elismerik, hogy nem tudják, hogyan csinálja ezt a felhő, de valahogy, amikor senki sem figyelt rá, az egész galaxis legerősebb részecskéit generálta.
Olvassa el még:
- Furcsa semleges elektront fedeztek fel az anyag új halmazállapotában
- Öt módon segíthet a mesterséges intelligencia az űrkutatásban