Kosmische versnellers in de melkweg blazen extreem energetische deeltjes uit, suggereert de vondst
Het Tibet AS-gamma-experiment (afgebeeld) detecteert hoogenergetische gammastraling door het observeren van deeltjesdruppels die worden geproduceerd wanneer een gammastraal de atmosfeer van de aarde raakt.
De Melkweg gloeit met een gammastraalwaas, met energieën die veel groter zijn dan alles wat natuurkundigen op aarde kunnen produceren, volgens een nieuw artikel. Gammastraling gedetecteerd in de studie, zal worden gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven, kwam uit de hele schijf van de melkweg en bereikte bijna een biljard (1015) elektron volt, bekend als een petaelectron volt of PeV.
Deze diffuse gammastralen duiden op het bestaan ​​van krachtige kosmische deeltjesversnellers in de Melkweg. Natuurkundigen geloven dat dergelijke versnellers de bron zijn van mysterieuze, zeer energetische kosmische straling, geladen deeltjes die door de melkweg razen en soms een noodlanding maken op aarde. Wanneer kosmische straling – die voornamelijk uit protonen bestaat – tegen interstellair puin inslaan, kunnen ze gammastraling produceren, een vorm van hoogenergetisch licht.
Bepaalde galactische omgevingen zouden kosmische stralingsdeeltjes kunnen opwekken tot meer dan een PeV, vermoeden wetenschappers. Ter vergelijking: de Large Hadron Collider, de belangrijkste deeltjesversneller die door mensen is gemaakt, versnelt protonen tot 6,5 biljoen elektronvolt. Maar natuurkundigen hebben niet definitief een natuurlijke kosmische versneller geïdentificeerd die in staat is om een ​​PeV te bereiken, bekend als PeVatrons. Een mogelijkheid is dat supernovaresten, de overblijfselen van geëxplodeerde sterren, schokgolven herbergen die kosmische straling kunnen versnellen tot dergelijke energieën (SN: 11/12/20).
Als er PeVatrons bestaan, zou de kosmische straling die ze uitzenden, de melkweg doordringen en een diffuse gloed van gammastralen met extreme energieën produceren. Dat is precies wat onderzoekers met het Tibet AS-gamma-experiment hebben ontdekt. “Het is leuk om te zien dat de dingen bij elkaar passen”, zegt natuurkundige David Hanna van de McGill University in Montreal, die niet bij het onderzoek betrokken was.
Nadat kosmische straling uit hun geboorteplaats is gespuwd, denken wetenschappers dat ze door de melkweg zwerven, rondgedraaid door zijn magnetische velden. “We leven in een luchtbel van kosmische straling”, zegt astrofysicus Paolo Lipari van het Nationaal Instituut voor Kernfysica in Rome, die niet betrokken was bij het onderzoek. Omdat ze niet worden afgebogen door magnetische velden, wijzen gammastralen terug naar hun bronnen en onthullen ze de verblijfplaats van de rondtrekkende kosmische straling. De nieuwe studie “geeft je informatie over hoe deze deeltjes de melkweg vullen.”
Gammastraling met lagere energie doordringt ook de melkweg. Maar er is gammastraling met hogere energie voor nodig om de kosmische straling met de hoogste energie te begrijpen. “Over het algemeen geldt: hoe hoger de energie van de gammastraling, hoe hoger de energie van de kosmische straling”, zegt astrofysicus Elena Orlando van Stanford University, die niet bij het onderzoek betrokken was. “Vandaar dat de detectie … vertelt ons dat PeV kosmische straling afkomstig is van en zich voortplant in de galactische schijf.”
Wetenschappers met het Tibet AS-gamma-experiment in China hebben gammastraling waargenomen met energieën tussen ongeveer 100 biljoen en een biljard elektronvolt, afkomstig uit het gebied van de hemel dat wordt bedekt door de schijf van de Melkweg. Een zoektocht naar mogelijke bronnen van de 38 gammastralen met de hoogste energie, meer dan 398 biljoen elektronvolt, kwam leeg en ondersteunde het idee dat de gammastraling afkomstig was van kosmische straling die door de melkweg was rondgedwaald. De gammastraal met de hoogste energie droeg ongeveer 957 biljoen elektronvolt.
Tibet AS-gamma-onderzoekers weigerden commentaar te geven op de studie.
Wetenschappers hebben eerder extreem energetische gammastraling gezien van individuele bronnen in de Melkweg, zoals de Krabnevel, een supernovarest (SN: 24/06/19). Die gammastraling wordt waarschijnlijk op een andere manier geproduceerd, door elektronen die gammastralen uitstralen terwijl ze in de kosmische versneller circuleren.
