Hvad fremskynder de kosmiske stråler til næsten lysets hastighed? Astronom har funderet over dette spørgsmål i næsten 100 år, og nu understøtter nye beviser en teori holdt i to årtier om, at kosmiske stråler sandsynligvis er drevet af eksploderende stjerner og stjernevind. ”Denne opdagelse er blevet forudsagt i næsten 20 år, men indtil nu var intet instrument følsomt nok til at se det,” sagde Wystan Benbow, en astrofysiker ved Smithsonian Astrophysical Observatory, der koordinerede dette projekt til Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS ) samarbejde.
For næsten 100 år siden opdagede forskere de første tegn på kosmiske stråler, som faktisk ikke er stråler eller bjælker, men subatomære partikler (for det meste protoner), der lynlåser gennem rummet med næsten lysets hastighed. De mest energiske kosmiske stråler ramte med stansen af en 98-mph fastball, selvom de er mindre end et atom. Astronomer stillede spørgsmålstegn ved, hvilken naturkraft der kunne fremskynde partikler til en sådan hastighed.
De sjældneste kosmiske stråler bærer over 100 milliarder gange så meget energi som genereret af enhver partikelaccelerator på Jorden. Astronomer har udtænkt geniale metoder til at detektere kosmiske stråler, der rammer Jordens atmosfære. At detektere kosmiske stråler på afstand kræver dog meget mere kræfter.
VERITAS har fundet nye beviser for kosmiske stråler i "Cigar Galaxy", også kendt som Messier 82 (M82), som ligger 12 millioner lysår fra Jorden i retning af stjernebilledet Ursa Major, der stærkt understøtter den længeholdte teori om, at supernovaer og stjernevind fra massive stjerner er de dominerende acceleratorer for kosmiske strålepartikler.
Galakser med høje niveauer af stjernedannelse som M82, også kendt som "starburst" -galakser, har et stort antal supernovaer og massive stjerner. Hvis teorien gælder, bør starburst-galakser indeholde mere kosmiske stråler end normale galakser. VERITAS-opdagelsen bekræfter den forventning, der indikerer, at den kosmiske stråldensitet i M82 er cirka 500 gange den gennemsnitlige tæthed i vores Galaxy, Mælkevejen.
”Denne opdagelse giver grundlæggende indsigt i, hvor kosmiske stråler er opstået,” sagde Rene Ong, professor i fysik ved University of California, Los Angeles, og talsmand for VERITAS-samarbejdet.
Brug af gammastråler til at udlede kosmiske stråler
VERITAS kunne ikke registrere M82's kosmiske stråler direkte, fordi de er fanget i Cigar Galaxy. I stedet kiggede VERITAS efter spor efter tilstedeværelsen af kosmiske stråler: gammastråler. Gamma-stråler er den mest energiske form for lys, langt mere kraftfuld end ultraviolet lys eller endda røntgenstråler. Når kosmiske stråler interagerer med interstellar gas og stråling inden for M82, producerer de gammastråler, som derefter kan undslippe deres hjemmegalakse og nå jordbundne detektorer.
Det tog to år med dedikeret dataindsamling for at drille det svage signal fra M82.
”Vi vidste, at påvisning af M82 ville have vigtige videnskabelige konsekvenser. Som et resultat planlagde vi en usædvanlig lang eksponering umiddelbart efter, at eksperimentet blev fuldt operationelt, ”sagde Benbow. ”Dataene skulle analyseres omhyggeligt for at udtrække gammastrålesignalet, som er over en million gange mindre end baggrundsstøjen. Selvom signalet kun er en lille brøkdel af dataene, foretog vi mange kontroller for mulig bias, og vi er overbeviste om, at signalet er ægte. ”
"Påvisningen af M82 indikerer, at universet er fuldt af naturlige partikelacceleratorer, og da jordbaserede gammastråleobservatorier fortsætter med at forbedre, er yderligere opdagelser uundgåelige." sagde Martin Pohl, en professor i fysik ved Iowa State University, der hjalp med at lede undersøgelsen. Et næste generations VHE-gammastråleobservatorium, det avancerede gammastrålebilledsystem (AGIS), er allerede under udvikling.
VERITAS drives af et samarbejde med mere end 100 forskere fra 22 forskellige institutioner i USA, Irland, England og Canada. Klik her for mere information om VERITAS.
Lead billedtekst: En sammensætning af billeder med flere bølgelængder af den aktive galakse M82 fra Hubble, Chandra og Spitzer. Kredit: NASA, ESA, CXC og JPL-Caltech
Kilde: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
