Astronomen hebben zich lang afgevraagd waar hoogenergetische kosmische straling vandaan komt in ons melkwegstelsel? Nieuwe waarnemingen met behulp van de sterrenwacht Cherenkov-experiment op grote hoogte (HAWC) ontdekte een bijna onmogelijke kandidaat: anders is een gigantische moleculaire wolk een veel voorkomend verschijnsel.
Kosmische stralen zijn helemaal geen stralen, maar eerder kleine deeltjes die met bijna de lichtsnelheid door het universum reizen. Ze kunnen bestaan uit elektronen, protonen of zelfs ionen van zwaardere elementen. Ze ontstaan in allerlei hoogenergetische processen in de hele kosmos, van supernova-explosies tot samensmeltingen van sterren en zelfs wanneer een zwart gat gas aanzuigt. Kosmische straling is er in een grote verscheidenheid aan energieën, en over het algemeen komen kosmische stralen met hogere energie minder vaak voor dan hun neven met lagere energie. Deze verhouding verandert heel weinig bij een bepaalde energie - 10^15 elektronvolt - wat een "knie" wordt genoemd. De elektronvolt, of eV, is gewoon de manier waarop deeltjesfysici graag energieniveaus meten. Ter vergelijking: de krachtigste deeltjesversneller op aarde, de Large Hadron Collider, kan 13 × 10 ^ 12 eV bereiken, wat vaak wordt aangeduid als 13 teraelektron volt of 13 TeV.
Kosmische straling met een energie van meer dan 10-15 eV is veel zeldzamer dan men zou verwachten. Dit heeft ertoe geleid dat astronomen geloven dat alle kosmische straling op dit energieniveau en hoger van buiten de melkweg komt, terwijl processen in de Melkweg in staat zijn kosmische straling tot en met 10-15 eV te produceren. Wat deze kosmische straling ook creëert, het zal in het "peta" -bereik zijn en daarom meer dan 1000 keer krachtiger dan onze beste deeltjesversnellers - de natuurlijke "pevatrons" die door de melkweg zwerven.
De missie is simpel: vind de bron van kosmische straling op PEV-schaal in de Melkweg. Maar ondanks hun energie is het moeilijk om hun oorsprong te bepalen. Dat komt omdat kosmische straling bestaat uit geladen deeltjes en geladen deeltjes die in de interstellaire ruimte reizen, reageren op het magnetische veld van ons melkwegstelsel. Dus als je een hoogenergetische kosmische straal uit een bepaalde richting aan de hemel ziet komen, heb je echt geen idee waar hij eigenlijk vandaan kwam - zijn pad is verdraaid en verwrongen op zijn reis naar de aarde. Maar in plaats van rechtstreeks naar kosmische straling te zoeken, kunnen we naar hun verwanten zoeken.
Wanneer kosmische stralen per ongeluk een wolk van interstellair gas raken, kunnen ze gammastraling uitzenden, een hoogenergetische vorm van straling. Deze gammastralen gaan in een rechte lijn door de melkweg, waardoor we hun oorsprong direct kunnen bepalen. Daarom kunnen we, als we een sterke bron van gammastraling zien, zoeken naar bronnen van PEV-kosmische straling in de buurt.
Ook interessant:
- Neutronensterren laten een erfenis van goud en platina na
- Wat helpt hete neutronensterren af te koelen?
Deze methode werd gebruikt door een groep onderzoekers die de HAWC gebruikten, die zich op de Sierra Negra-vulkaan in het zuiden van centraal Mexico bevindt. HAWC "kijkt" naar de lucht naast tanks gevuld met ultrapuur water. Wanneer hoogenergetische deeltjes of straling de reservoirs raken, zenden ze een flits blauw licht uit, waardoor astronomen de bron in de lucht kunnen volgen.
In een artikel dat onlangs in het tijdschrift arXiv is gepubliceerd, hebben astronomen in detail een bron van gammastraling van meer dan 200 TeV geïdentificeerd die alleen kan worden geproduceerd door nog krachtigere kosmische straling - het soort kosmische straling dat de PEV-schaal bereikt. De bron, genaamd HAWC J1825-134, bevindt zich ongeveer in de richting van het centrum van de Melkweg. HAWC J1825-134 verschijnt voor ons als een heldere gammastraalvlek die wordt verlicht door een onbekende kosmische stralingsbron - mogelijk de krachtigste bekende kosmische stralingsbron in de Melkweg.
Verschillende veelvoorkomende verdachten van hoogenergetische kosmische straling bevinden zich binnen een paar duizend lichtjaar van HAWC J1825-134, maar geen van hen kan het signaal gemakkelijk verklaren. Het galactische centrum zelf is bijvoorbeeld een bekende generator van intense kosmische straling, maar het is te ver verwijderd van HAWC J1825-134 om relevant te zijn voor deze metingen. Er zijn enkele supernova-restanten en de supernova's zijn ongetwijfeld zeer krachtig. Maar alle supernova's in het gebied van HAWC J1825-134 explodeerden lang geleden - te lang geleden om deze hoogenergetische kosmische straling nu te produceren.
Pulsars - de dichte, snel roterende overblijfselen van de kernen van massieve sterren - produceren ook grote hoeveelheden kosmische straling. Maar ook zij zijn te ver verwijderd van de bron van de gammastraling - de energie van elektronen en protonen die uit de pulsar komen - ze zijn simpelweg niet hoog genoeg om duizenden lichtjaren te reizen naar waar de gammastraling wordt uitgezonden.
Verrassend genoeg bleek de bron van deze recordbrekende kosmische straling niemand minder te zijn dan een gigantische moleculaire wolk. Deze wolken zijn gigantische, onhandige wezens gevuld met stof en gas die door de melkweg zwerven. Soms trekken ze samen en veranderen ze in sterren, maar verder kunnen ze miljarden jaren kalm en los blijven.
In het wolkencomplex bevindt zich een cluster van pasgeboren sterren, maar men denkt dat zelfs de mooiste en luidste jonge sterren niet krachtig genoeg zijn om dergelijke kosmische straling te lanceren. De onderzoekers geven zelf toe dat ze niet weten hoe deze wolk het doet, maar op de een of andere manier, toen niemand oplette, genereerde het enkele van de krachtigste deeltjes in de hele melkweg.
Lees ook:
- Er is een vreemd neutraal elektron ontdekt in een nieuwe staat van materie
- Vijf manieren waarop kunstmatige intelligentie ons kan helpen bij het verkennen van de ruimte