Afsløring af et århundrede gammelt mysterium:Hvor Mælkevejenes kosmiske stråler kommer fra

Det er lykkedes astronomer for første gang at kvantificere proton- og elektronkomponenterne i kosmiske stråler i en supernova-rest. Mindst 70 % af de meget højenergiske gammastråler, der udsendes fra kosmiske stråler, skyldes relativistiske protoner, ifølge den nye billedanalyse af radio, røntgen, og gammastråling. Accelerationsstedet for protoner, hovedkomponenterne i kosmiske stråler, har været et 100-årigt mysterium i moderne astrofysik, det er første gang, at mængden af ​​kosmiske stråler, der produceres i en supernovarest, er blevet vist kvantitativt og er et epokegørende skridt i belysningen af ​​kosmiske strålers oprindelse.

Oprindelsen af ​​kosmiske stråler, partiklerne med den højeste energi i universet, har været et stort mysterium siden deres opdagelse i 1912. Fordi kosmiske stråler fremmer den kemiske udvikling af interstellart stof, at forstå deres oprindelse er afgørende for at forstå udviklingen af ​​vores galakse. De kosmiske stråler menes at blive accelereret af supernova-rester (eftervirkningerne af supernova-eksplosioner) i vores galakse og rejste til Jorden med næsten lysets hastighed. Nylige fremskridt inden for gammastråleobservationer har afsløret, at mange supernova-rester udsender gammastråler ved teraelektronvolt (TeV) energier. Hvis gammastråler produceres af protoner, som er hovedbestanddelen af ​​kosmiske stråler, så kan supernovarestens oprindelse af kosmiske stråler verificeres. Imidlertid, gammastråler produceres også af elektroner, det er nødvendigt at bestemme, om proton- eller elektronoprindelsen er dominerende, og at måle forholdet mellem de to bidrag (se også figur 1). Resultaterne af denne undersøgelse giver overbevisende beviser for gammastråler, der stammer fra protonkomponenten, som er hovedbestanddelen af ​​kosmiske stråler, og klargør, at galaktiske kosmiske stråler produceres af supernova-rester.

Originaliteten af ​​denne forskning er, at gammastråling er repræsenteret af en lineær kombination af proton- og elektronkomponenter. Astronomer vidste en sammenhæng om, at intensiteten af ​​gammastråler fra protoner er proportional med den interstellare gastæthed opnået ved radio-line billeddannelsesobservationer. På den anden side, gammastråler fra elektroner forventes også at være proportionale med røntgenstråleintensiteten fra elektroner. Derfor, de udtrykte den totale gammastråleintensitet som summen af ​​to gammastrålekomponenter, den ene fra protonoprindelsen og den anden fra elektronoprindelsen. Dette førte til en samlet forståelse af tre uafhængige observerbare (figur 2). Denne metode blev først foreslået i denne undersøgelse. Som resultat, det blev vist, at gammastråler fra protoner og elektroner tegner sig for 70% og 30% af de samlede gammastråler, henholdsvis. Det er første gang, at de to oprindelser er blevet kvantificeret. Resultaterne viser også, at gammastråler fra protoner er domineret i interstellare gasrige områder, hvorimod gammastråler fra elektroner forstærkes i det gasfattige område. Dette bekræfter, at de to mekanismer arbejder sammen og understøtter forudsigelserne fra tidligere teoretiske undersøgelser.

"Denne nye metode kunne ikke have været opnået uden internationale samarbejder, " siger emeritusprofessor Yasuo Fukui ved Nagoya University. Han ledede dette projekt og har nøjagtigt kvantificeret interstellar gastæthedsfordeling ved hjælp af NANTEN-radioteleskopet og Australia Telescope Compact Array siden 2003. Selvom gammastråleopløsningen var utilstrækkelig til at udføre en fuldstændig analyse på det tidspunkt , Professor Gavin Rowell og Dr. Sabrina Einecke fra University of Adelaide og H.E.S.S. team forbedrede dramatisk den rumlige opløsning og følsomhed af gammastråler gennem årene, gør det muligt at sammenligne dem præcist med interstellar gas. Dr. Hidetoshi Sano fra National Astronomical Observatory of Japan ledede røntgenbilledanalysen af ​​arkivdatasæt fra den europæiske røntgensatellit XMM-Newton. Dr. Einecke og Prof. Rowell arbejdede tæt sammen med Prof. Fukui og Dr. Sano om at lave de detaljerede undersøgelser, der undersøgte korrelationerne på tværs af gammastrålen, Røntgen- og radioemission. "Denne nye metode vil blive anvendt på flere supernova-rester ved at bruge næste generations gamma-stråleteleskop CTA (Cherenkov Telescope Array) ud over de eksisterende observatorier, som i høj grad vil fremme studiet af kosmiske strålers oprindelse."