NGC 3079:Galaktiske bobler spiller kosmisk pinball med energiske partikler

Vi kender alle bobler fra sæbebade eller sodavand. Disse bobler af hverdagsoplevelse på Jorden er op til et par centimeter på tværs, og består af en tynd film af væske, der omslutter en lille mængde luft eller anden gas. I rummet, imidlertid, der er meget forskellige bobler – sammensat af en lettere gas inde i en tungere – og de kan være enorme.

Galaksen NGC 3079, ligger omkring 67 millioner lysår fra Jorden, indeholder to "superbobler" ulig noget her på vores planet. Et par ballonlignende områder strækker sig ud på modsatte sider af galaksens centrum:den ene er 4, 900 lysår på tværs, og den anden er kun lidt mindre, med en diameter på omkring 3, 600 lysår. For kontekst, et lysår er omkring 6 billioner miles, eller 9 billioner kilometer.

Superboblerne i NGC 3079 afgiver lys i form af røntgenstråler, optisk og radioemission, gør dem sporbare af NASA-teleskoper. På dette sammensatte billede, Røntgendata fra NASAs Chandra røntgenobservatorium er vist i lilla, og optiske data fra NASAs Hubble-rumteleskop er vist i orange og blåt. En mærket version af røntgenbilledet viser, at den øverste superboble er tydeligt synlig, sammen med antydninger af svagere emission fra den nederste superboble.

Nye observationer fra Chandra viser, at i NGC 3079 producerer en kosmisk partikelaccelerator ultra-energiske partikler i randene af superboblerne. Disse partikler kan være meget mere energiske end dem, der er skabt af Europas Large Hadron Collider (LHC), verdens mest kraftfulde menneskeskabte partikelaccelerator.

Superboblerne i NGC 3079 giver bevis på, at de og strukturer som dem kan være kilden til højenergipartikler kaldet "kosmiske stråler", som regelmæssigt bombarderer Jorden. Chokbølger - beslægtet med lydboom forårsaget af supersoniske fly - forbundet med eksploderende stjerner kan accelerere partikler op til energier, der er omkring 100 gange større end dem, der genereres i LHC, men astronomer er usikre på, hvor endnu mere energiske kosmiske stråler kommer fra. Dette nye resultat tyder på, at superbobler kan være en kilde til disse ultra-energiske kosmiske stråler.

De ydre områder af boblerne genererer chokbølger, når de udvider sig og kolliderer med omgivende gas. Forskere tror, ​​at ladede partikler spredes eller hopper af sammenfiltrede magnetfelter i disse chokbølger, meget som bolde, der springer tilbage fra kofangere i en flippermaskine. Når partiklerne krydser stødfronten, accelereres de, som om de fik et spark fra en flippermaskines flipper. Disse energiske partikler kan undslippe, og nogle kan i sidste ende ramme Jordens atmosfære i form af kosmiske stråler.

Mængden af ​​radiobølger eller røntgenstråler ved forskellige bølgelængder, eller "spektre, " af en af ​​boblerne tyder på, at kilden til emissionen er elektroner, der spiraler rundt om magnetiske feltlinjer, og udstråling ved en proces kaldet synkrotronstråling. Dette er det første direkte bevis på synkrotronstråling i højenergi røntgenstråler fra en superboble på størrelse med en galakse, og den fortæller forskerne om de maksimale energier, som elektronerne har opnået. Det er ikke forstået, hvorfor synkrotronemission kun detekteres fra en af ​​boblerne.

Radio- og røntgenspektrene, sammen med placeringen af ​​røntgenstrålingen langs boblernes rande, antyde, at de partikler, der er ansvarlige for røntgenstrålingen, må være blevet accelereret i chokbølgerne der, fordi de ville have mistet for meget energi, mens de blev transporteret fra galaksens centrum.

NGC 3079's superbobler er yngre fætre til "Fermi bobler, " først placeret i Mælkevejen i 2010. Astronomer tror, ​​at sådanne superbobler kan dannes, når processer forbundet med stof falder ind i et supermassivt sort hul i centrum af galaksen, hvilket fører til frigivelse af enorme mængder energi i form af partikler og magnetfelter. Superbobler kan også skulptureres af vinde, der strømmer fra et stort antal unger, massive stjerner.

Et papir, der beskriver disse resultater, blev ledet af Jiangtao Li fra University of Michigan og vises i The Astrofysisk tidsskrift . Den er også tilgængelig online. NASAs Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, administrerer Chandra-programmet for NASA's Science Mission Directorate i Washington. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerer Chandras videnskab og flyveoperationer.