I stedet for at investere i partikelacceleratorer her på Jorden, overvejer fysikere muligvis bare at sprænge et par stjerner. Når partikler bevæger sig omkring resterne, accelereres de af de enorme magnetfelter og til sidst nærmer sig lysets hastighed. Billederne fra Chandra viser, at partiklerne accelereres til den maksimale hastighed, der er forudsagt af teorierne.
Nye ledetråde om oprindelsen af kosmiske stråler, mystiske højenergipartikler, der bombarderer Jorden, er blevet afsløret ved hjælp af NASAs Chandra røntgenobservatorium. Et ekstraordinært detaljeret billede af resterne af en eksploderet stjerne giver afgørende indsigt i genereringen af kosmiske stråler.
For første gang har astronomer kortlagt hastigheden for acceleration af kosmiske stråleelektroner i en supernova-rest. Det nye kort viser, at elektronerne accelereres tæt på den teoretisk maksimale hastighed. Denne opdagelse giver overbevisende bevis for, at supernova-rester er nøglesteder til energigivende ladede partikler.
Kortet blev oprettet af et billede af Cassiopeia A, en 325 år gammel rest, der blev produceret ved en massiv stjernes eksplosive død. De blå, uviske buer i billedet sporer den ekspanderende ydre chokbølge, hvor accelerationen finder sted. De andre farver på billedet viser affald fra eksplosionen, der er blevet opvarmet til millioner af grader.
”Forskere har siden 1960'erne teoretiseret, at der skal skabes kosmiske stråler i magnetfeltets flok ved chokket, men her kan vi se dette ske direkte,” sagde Michael Stage fra University of Massachusetts, Amherst. "At forklare, hvor kosmiske stråler kommer fra, hjælper os med at forstå andre mystiske fænomener i højenergiuniverset."
Eksempler er acceleration af ladede partikler til høje energier i en lang række objekter, lige fra chok i magnetosfæren omkring Jorden til fantastiske ekstragalaktiske jetfly, der er produceret af supermassive sorte huller og har tusinder af lysår i længden.
Forskere havde tidligere udviklet en teori for at forklare, hvordan ladede partikler kan accelereres til ekstremt høje energier - rejser med næsten lysets hastighed - ved at hoppe frem og tilbage over en chokbølge mange gange.
”Elektronerne opfanger hastigheden, hver gang de hopper over chokfronten, ligesom de er i en relativistisk pinball-maskine,” sagde teammedlem Glenn Allen fra Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge. ”Magnetfelterne er som kofangere, og chokket er som en flipper.”
I deres analyse af det enorme datasæt var teamet i stand til at adskille røntgenstrålerne fra de accelererende elektroner fra dem, der kom fra det opvarmede stjernestøvrester. Dataene indebærer, at nogle af disse elektroner accelereres med en hastighed, der er tæt på det maksimale, som teorien forudsiger. Kosmiske stråler er sammensat af elektroner, protoner og ioner, hvoraf kun glød fra elektroner kan detekteres i røntgenstråler. Protoner og ioner, der udgør hovedparten af kosmiske stråler, forventes at opføre sig på samme måde som elektronerne.
”Det er spændende at se regioner, hvor glødet, der produceres af kosmiske stråler, faktisk overskrider 10-millioners-graden gas opvarmet af supernovas chokbølger,” sagde John Houck, også fra MIT. ”Dette hjælper os med at forstå ikke kun, hvordan kosmiske stråler accelereres, men også hvordan supernovarester udvikler sig.”
Efterhånden som den samlede energi fra de kosmiske stråler bag stødbølgen øges, ændres magnetfeltet bag stødet sammen med karakteren af selve stødbølgen. Undersøgelse af forholdene i chokene hjælper astronomer med at spore ændringerne i supernova-rest med tiden og i sidste ende bedre forstå den originale supernova-eksplosion.
NASAs Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Administrerer Chandra-programmet for agenturets Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerer videnskab og flyveoperationer fra Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Original kilde: Chandra News Release
