Galaktiske gammastrålekilder afslører fødesteder for højenergipartikler

Ni kilder til ekstremt højenergi gammastråler omfatter et nyt katalog udarbejdet af forskere med High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) Gamma-Ray Observatory. Alle producerer gammastråler med energier på over 56 billioner elektronvolt (TeV) og tre udsender gammastråler, der strækker sig til 100 TeV og derover, hvilket gør disse til de højeste energikilder, der nogensinde er observeret i vores galakse. Kataloget hjælper med at forklare, hvor partiklerne stammer fra, og hvordan de accelereres til sådanne ekstremer.

"Jorden bliver konstant bombarderet med ladede partikler kaldet kosmiske stråler, men fordi de er opkrævet, de bøjer sig i magnetiske felter og peger ikke tilbage til deres kilder. Vi er afhængige af gammastråler, som produceres tæt på kilderne til de kosmiske stråler, for at indsnævre deres oprindelse, " sagde Kelly Malone, en astrofysiker i Neutron Science and Technology-gruppen ved Los Alamos National Laboratory og medlem af HAWC's videnskabelige samarbejde. "Der er stadig mange ubesvarede spørgsmål om kosmisk strålings oprindelse og acceleration. Højenergi gammastråler produceres nær kosmiske strålesteder og kan bruges til at sondere kosmisk stråleacceleration. der er en vis tvetydighed i at bruge gammastråler til at studere dette, da højenergiske gammastråler også kan produceres via andre mekanismer, såsom fotoner med lavere energi, der spredes fra elektroner, som almindeligvis forekommer nær pulsarer."

De nyligt katalogiserede astrofysiske gammastrålekilder har energier omkring 10 gange højere, end der kan produceres ved hjælp af eksperimentelle partikelkollidere på Jorden. Mens astrofysiske partikler med højere energi tidligere er blevet opdaget, det er første gang, at specifikke galaktiske kilder er blevet udpeget. Alle kilderne har ekstremt energiske pulsarer (højt magnetiserede roterende neutronstjerner) i nærheden. Antallet af detekterede kilder kan indikere, at emission med ultrahøj energi er et generisk træk ved kraftige partikelvinde, der kommer fra pulsarer indlejret i interstellare gasskyer kendt som tåger, og at flere påvisninger vil komme.

HAWC Gamma-Ray Observatory består af en række vandfyldte tanke, der sidder højt på skråningerne af Sierra Negra-vulkanen i Puebla, Mexico, hvor atmosfæren er tynd og giver bedre betingelser for at observere gammastråler. Når disse gammastråler rammer molekyler i atmosfæren, producerer de byger af energiske partikler. Selvom intet kan rejse hurtigere end lysets hastighed i et vakuum, lys bevæger sig langsommere gennem vandet. Som resultat, nogle partikler i kosmiske strålebrusere rejser hurtigere end lys i vandet inde i HAWC-detektortankene. De hurtigere end lette partikler, på tur, producere karakteristiske lysglimt kaldet Cherenkov-stråling. Ved at optage Cherenkov-blinkene i HAWC-vandtankene, forskere kan rekonstruere kilderne til partikelbygerne for at lære om de partikler, der forårsagede dem i første omgang.

HAWC-samarbejdspartnerne planlægger at fortsætte med at søge efter kilderne til højenergiske kosmiske stråler. Ved at kombinere deres data med målinger fra andre typer observatorier såsom neutrino, røntgen, radio og optiske teleskoper, de håber at afvikle de astrofysiske mekanismer, der producerer de kosmiske stråler, der kontinuerligt regner ned på vores planet.

Undersøgelsen er publiceret i Fysisk gennemgangsbreve .