Kvasarstråler er partikelacceleratorer tusindvis af lysår lange

Et internationalt samarbejde, der samler over 200 forskere fra 13 lande, har vist, at de meget højenergiske gammastråler fra kvasarer, galakser med en meget energisk kerne, er ikke koncentreret i området tæt på deres centrale sorte hul, men faktisk strækker sig over flere tusinde lysår langs plasmastråler. Denne opdagelse ryster op i de nuværende scenarier for adfærden af ​​sådanne plasmastråler. Arbejdet, offentliggjort i tidsskriftet Natur den 18. juni, 2020, blev udført som en del af H.E.S.S-samarbejdet, involverer især CNRS og CEA i Frankrig, og Max Planck-samfundet og en gruppe forskningsinstitutioner og universiteter i Tyskland.

I løbet af de sidste par år, videnskabsmænd har observeret universet ved hjælp af gammastråler, som er meget højenergifotoner. Gamma stråler, blandt de kosmiske stråler, der konstant bombarderer Jorden, stammer fra områder af universet, hvor partikler accelereres til enorme energier, der er uopnåelige i menneskeskabte acceleratorer. Gammastråler udsendes af en lang række kosmiske objekter såsom kvasarer, som er aktive galakser med en meget energisk kerne.

Intensiteten af ​​den stråling, der udsendes fra disse systemer, kan variere over meget korte tidsskalaer på op til et minut. Forskere mente derfor, at kilden til denne stråling var meget lille og placeret i nærheden af ​​et supermassivt sort hul, som kan have en masse flere milliarder gange solens. Det sorte hul menes at opsluge stoffet, der spiraler ned i det og udstøder en lille del af det i form af store stråler af plasma med relativistiske hastigheder, tæt på lysets hastighed, dermed bidrage til omfordelingen af ​​stof i hele universet.

Ved at bruge H.E.S.S. observatorium i Namibia, et internationalt astrofysisk samarbejde observerede en radiogalakse (en galakse, der er meget lysende, når den observeres ved radiobølgelængder) i over 200 timer med en opløsning uden sidestykke. Som den nærmeste radiogalakse til Jorden, Centaurus A er gunstig for forskere for en sådan undersøgelse, sætter dem i stand til at identificere den region, der udsender den meget højenergi-stråling, mens de studerer plasmastrålernes bane. De var i stand til at vise, at gammastrålekilden strækker sig over en afstand på flere tusinde lysår.

Denne udvidede emission indikerer, at partikelacceleration ikke kun finder sted i nærheden af ​​det sorte hul, men også langs hele plasmastrålernes længde. Baseret på disse nye resultater, det menes nu, at partiklerne accelereres igen af ​​stokastiske processer langs strålen. Opdagelsen tyder på, at mange radiogalakser med udvidede stråler accelererer elektroner til ekstreme energier og kan udsende gammastråler, muligvis forklarer oprindelsen af ​​en væsentlig del af den diffuse ekstragalaktiske gammabaggrundsstråling.

Disse resultater giver vigtig ny indsigt i kosmiske gammastråleemittere, og i særdeleshed om radiogalaksers rolle som højeffektive relativistiske elektronacceleratorer. På grund af deres store antal, Det ser ud til, at radiogalakser tilsammen yder et meget væsentligt bidrag til omfordelingen af ​​energi i det intergalaktiske medium. Resultaterne af denne undersøgelse krævede omfattende observationer og optimerede analyseteknikker med H.E.S.S., det hidtil mest følsomme gammastråleobservatorium. Næste generations teleskoper (Cherenkov Telescope Array, eller CTA) skulle gøre det muligt at observere dette fænomen endnu mere detaljeret.