Der Schleiernebel-Supernova-Überrest. (NASA, ESA und das Hubble Heritage Team, STScI/AURA) Ein kosmischer Gammastrahl, der entdeckt wurde, als er durch die Milchstraße flog, hat den Rekord für den energiereichsten, den wir bisher gefunden haben, gebrochen und erreicht satte 957 Billionen Elektronenvolt (Teraelektronenvolt oder TeV).
Das ist nicht nur mehr als verdoppelt den bisherigen Rekord , es bringt uns in die Nähe des Petaelektronenvolt-Bereichs (das ist eine Billiarde Elektronenvolt) – und bestätigt damit endlich die Existenz kosmischer Superbeschleuniger, die Photonen in der Milchstraße auf diese Energien anheben können.
Ein solcher Superbeschleuniger wird PeVatron genannt, und seine Entdeckung könnte uns helfen herauszufinden, was die hochenergetischen Gammastrahlen erzeugt, die durch die Galaxie streifen.
„Diese bahnbrechende Arbeit öffnet ein neues Fenster für die Erforschung des extremen Universums“, sagte der Physiker Jing Huang der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in China. „Die Beobachtungsbeweise stellen einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zur Aufklärung der Ursprünge der kosmischen Strahlung dar, die der Menschheit seit mehr als einem Jahrhundert Rätsel aufgeben.“
Der Nachweis war der energiereichste in einer Reihe von 23 vom Team entdeckten ultrahochenergetischen Gammastrahlen oberhalb des Bereichs von 398 TeV ASgamma , eine seit 1990 von China und Japan gemeinsam betriebene Einrichtung in Tibet.
Interessanterweise und anders der bisherige Rekordhalter , das auf den Krebsnebel zurückgeführt wurde, schienen diese 23 Gammastrahlen nicht auf eine Quelle zurückzuzielen, sondern waren diffus über die galaktische Scheibe verteilt.
Verteilung der Gammastrahlen. (HEASARC/LAMBDA/NASA/GFSC)
Oben: Gammastrahlenverteilung. Die galaktische Ebene ist das Leuchten in der Mitte; Die grauen Bereiche liegen außerhalb des Sichtfelds von ASgamma.
Sie könnten uns jedoch immer noch sagen, wo wir versuchen könnten, in der Milchstraße nach PeVatrons zu suchen – was uns wiederum dazu führen könnte, endlich herauszufinden, wo die stärkste kosmische Strahlung des Universums entsteht.
Zunächst müssen wir zwischen kosmischer Strahlung und Gammastrahlung unterscheiden. Kosmische Strahlung sind Teilchen wie Protonen und Atomkerne, die ständig mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum strömen.
Es wird angenommen, dass ultrahochenergetische kosmische Strahlung aus Quellen wie Supernovae und Supernova-Überresten stammt. Sternentstehungsregionen und supermassiv Schwarze Löcher , wo starke Magnetfelder Teilchen beschleunigen können. Es war jedoch schwierig, diese Ideen durch Beobachtungen zu untermauern, da kosmische Strahlung eine elektrische Ladung trägt. Das bedeutet, dass sich ihre Richtung ändert, wenn sie sich durch ein Magnetfeld bewegen – mit dem die Galaxie absolut belastet ist.
Aber! Diese mächtigen kleinen Partikel rasen nicht einfach ohne Folgen umher. Sie können mit dem interstellaren Medium – Gas und Staub, das im Raum zwischen den Sternen herumschwebt – interagieren, das wiederum hochenergetische Gammastrahlenphotonen mit etwa 10 Prozent der Energie ihrer Eltern in der kosmischen Strahlung erzeugt.
Dies geschieht in der Nähe des PeVatron – und Gammastrahlen haben keine elektrische Ladung, also rasen sie einfach direkt durch den Weltraum von A nach B, völlig unbeeinflusst von Magnetfeldern.
Die Tibet-Luftschaueranlage liegt 4.300 m über dem Meeresspiegel. (Institut für Hochenergiephysik)
Wenn wir Glück haben, ist B die Erde; Die Gammastrahlung kollidiert mit unserer Atmosphäre und erzeugt einen Kaskadenschauer harmloser Teilchen. Es ist dieser Schauer, den das Oberflächen-Luftduschen-Array von ASgamma aufnimmt.
Unter Tage Wasser-Cherenkov-Detektoren wurden 2014 hinzugefügt, um durch kosmische Strahlung erzeugte Myonen zu erkennen und es Wissenschaftlern hier auf der Erde zu ermöglichen, die Daten der kosmischen Strahlung aus dem Hintergrund zu extrahieren, um die Gammastrahlenschauer sauberer zu erkennen und zu rekonstruieren.
Auf diese Weise entdeckte die Zusammenarbeit die rekordverdächtige Gammastrahlung des Krebsnebels; und nun, wie sie ihre 23 ultrahochenergetischen Gammastrahlen gefunden haben, darunter die noch rekordverdächtigere Gammastrahlung im PeV-Bereich.
2014 hinzugefügte Myonendetektoren vom Cherenkov-Typ. (Institut für Hochenergiephysik)
Ihre Existenz und diffuse Verteilung implizieren die Existenz von Protonen, die vielleicht sogar auf den 10-PeV-Bereich beschleunigt werden – was auf allgegenwärtige PeVatrons schließen lässt, die über die Milchstraße verstreut sind, sagten die Forscher.
Der nächste Schritt wird darin bestehen, sie zu finden. Es ist möglich, dass zumindest einige von ihnen ausgestorben und nicht mehr aktiv sind, sodass nur noch kosmische Strahlung und Gammastrahlung als Beweis übrig bleiben.
„Von toten PeVatrons, die ausgestorben sind.“ Dinosaurier „Wir können nur den Fußabdruck sehen – die kosmische Strahlung, die sie über ein paar Millionen Jahre erzeugt haben und die sich über die galaktische Scheibe ausgebreitet hat“, sagte der Astrophysiker Masato Takita der Universität Tokio in Japan.
„Wenn wir echte, aktive PeVatrons finden können, können wir viele weitere Fragen untersuchen.“ Welche Art von Stern emittiert unsere Sub-PeV-Gammastrahlung und die damit verbundene kosmische Strahlung? Wie kann ein Stern kosmische Strahlung auf PeV-Energien beschleunigen? Wie breiten sich die Strahlen innerhalb unserer galaktischen Scheibe aus?
Es ist sogar möglich – wie bei so vielen Dingen –, dass es auf alle diese Fragen mehr als eine Antwort gibt.
Zukünftige Arbeiten, sowohl von ASgamma als auch von kommenden Detektoren wie dem Großes Luftschauer-Observatorium in großer Höhe , Die Tscherenkow-Teleskop-Array , und das Südliches Weitfeld-Gammastrahlen-Observatorium , könnte uns endlich helfen, sie zu finden.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zur körperlichen Untersuchung .