Tähtitieteilijät ovat pitkään pohtineet, mistä galaksissamme korkeaenergiset kosmiset säteet ovat peräisin? Uusia havaintoja observatorion avulla High Altitude Water Cherenkov -koe (HAWC) löysi lähes mahdottoman ehdokkaan: muuten jättiläinen molekyylipilvi on yleinen ilmiö.
Kosmiset säteet eivät ole lainkaan säteitä, vaan pieniä hiukkasia, jotka kulkevat maailmankaikkeuden läpi lähes valon nopeudella. Ne voivat koostua elektroneista, protoneista tai jopa raskaampien alkuaineiden ioneista. Niitä syntyy kaikenlaisissa korkean energian prosesseissa kaikkialla kosmoksessa supernovaräjähdyksistä tähtien sulautumiseen ja jopa silloin, kun musta aukko imee kaasua. Kosmisilla säteillä on monenlaisia energioita, ja yleisesti ottaen korkeamman energian kosmiset säteet ovat vähemmän yleisiä kuin niiden alhaisemman energian serkut. Tämä suhde muuttuu hyvin vähän tietyllä energialla - 10^15 elektronivolttia - jota kutsutaan "polveksi". Elektronivoltti eli eV on yksinkertaisesti tapa, jolla hiukkasfyysikot haluavat mitata energiatasoja. Vertailun vuoksi, maan tehokkain hiukkastörmätin, Large Hadron Collider, voi saavuttaa 13 × 10^12 eV, jota kutsutaan usein 13 teraelektroni voltiksi tai 13 TeV.
Kosmiset säteet, joiden energia on yli 10-15 eV, ovat paljon harvinaisempia kuin voisi odottaa. Tämä on saanut tähtitieteilijät uskomaan, että kaikki tällä ja sitä korkeammalla energiatasolla olevat kosmiset säteet tulevat galaksin ulkopuolelta, kun taas Linnunradan prosessit pystyvät tuottamaan kosmisia säteitä 10-15 eV mukaan lukien. Mikä tahansa luo näitä kosmisia säteitä, on "peta"-alueella ja siksi yli 1000 kertaa tehokkaampi kuin parhaat hiukkaskiihdyttimemme - galaksissa vaeltavat luonnolliset "pevatronit".
Tehtävä on yksinkertainen: löydä PEV-mittakaavan kosmisten säteiden lähde Linnunradalta. Mutta energiasta huolimatta niiden alkuperää on vaikea määrittää. Tämä johtuu siitä, että kosmiset säteet koostuvat varautuneista hiukkasista, ja tähtienvälisessä avaruudessa kulkevat varautuneet hiukkaset reagoivat galaksimme magneettikenttään. Joten kun näet korkeaenergisen kosmisen säteen tulevan tietystä suunnasta taivaalla, sinulla ei todellakaan ole aavistustakaan, mistä se todellisuudessa tuli - sen polku on kiertynyt ja vääntynyt matkallaan Maahan. Mutta sen sijaan, että etsimme suoraan kosmisia säteitä, voimme etsiä heidän sukulaisiaan.
Kun kosmiset säteet osuvat vahingossa tähtienväliseen kaasupilveen, ne voivat lähettää gammasäteitä, korkean energian säteilymuotoa. Nämä gammasäteet kulkevat galaksin läpi suorassa linjassa, minkä ansiosta voimme suoraan määrittää niiden alkuperän. Siksi, jos näemme vahvan gammasäteilylähteen, voimme etsiä lähistöllä olevia kosmisten PEV-säteiden lähteitä.
Mielenkiintoista myös:
- Neutronitähdet jättävät perinnön kultaa ja platinaa
- Mikä auttaa jäähdyttämään kuumia neutronitähtiä?
Tätä menetelmää käytti joukko tutkijoita, jotka käyttivät HAWC:tä, joka sijaitsee Sierra Negra -tulivuorella Etelä-Meksikossa. HAWC "katsoo" taivaalle erittäin puhtaalla vedellä täytettyjen säiliöiden vieressä. Kun korkeaenergiset hiukkaset tai säteily osuvat säiliöön, ne lähettävät sinisen valon välähdyksen, jolloin tähtitieteilijät voivat seurata lähdettä taivaalta.
Yksityiskohtaisesti äskettäin arXiv-lehdessä julkaistussa artikkelissa tähtitieteilijät ovat havainneet yli 200 TeV:n gammasäteiden lähteen, jonka voivat tuottaa vain vieläkin tehokkaammat kosmiset säteet – sellaisia kosmisia säteitä, jotka saavuttavat PEV-asteikon. Lähde, nimeltään HAWC J1825-134, sijaitsee suunnilleen kohti Galaxyn keskustaa. HAWC J1825-134 näyttää meille kirkkaalta gammasäteilyltä, jota valaisee jokin tuntematon kosmisen säteilyn lähde – mahdollisesti Linnunradan tehokkain tunnettu kosminen säteilylähde.
Useat yleiset korkeaenergiset kosmisen säteilyn lähteet ovat muutaman tuhannen valovuoden sisällä HAWC J1825-134:stä, mutta yksikään heistä ei voi helposti selittää signaalia. Esimerkiksi galaktinen keskus itsessään on tunnettu voimakkaiden kosmisten säteiden generaattori, mutta se on liian kaukana HAWC J1825-134:stä ollakseen merkityksellinen näille mittauksille. Siellä on joitain supernovajäänteitä, ja supernovat ovat epäilemättä erittäin voimakkaita. Mutta kaikki supernovat HAWC J1825-134:n alueella räjähtivät kauan sitten – liian kauan sitten tuottaakseen näitä korkeaenergisiä kosmisia säteitä nyt.
Pulsarit – massiivisten tähtien ytimien tiheät, nopeasti pyörivät jäännökset – tuottavat myös suuria määriä kosmisia säteitä. Mutta myös ne ovat liian kaukana gammasäteilyn lähteestä - pulsarista tulevien elektronien ja protonien energiasta - ne eivät yksinkertaisesti ole tarpeeksi korkeita matkustamaan tuhansia valovuosia sinne, missä gammasäteilyä säteilee.
Yllättäen näiden ennätysten rikkovien kosmisten säteiden lähteeksi osoittautui ei kukaan muu kuin jättimäinen molekyylipilvi. Nämä pilvet ovat jättimäisiä, kömpelöitä olentoja, jotka ovat täynnä pölyä ja kaasua, jotka vaeltavat galaksissa. Joskus ne supistuvat ja niistä tulee tähtiä, mutta muuten ne voivat pysyä hiljaisina ja löysinä miljardeja vuosia.
Pilvikompleksin sisällä on joukko vastasyntyneitä tähtiä, mutta edes upeimpien ja äänekkäimpien nuorten tähtien ei uskota olevan tarpeeksi tehokkaita laukaisemaan tällaisia kosmisia säteitä. Tutkijat itse myöntävät, että he eivät tiedä kuinka tämä pilvi tekee sen, mutta jotenkin, kun kukaan ei kiinnittänyt huomiota, se synnytti joitain koko galaksin tehokkaimmista hiukkasista.
Lue myös:
- Outo neutraali elektroni on löydetty uudessa aineen tilassa
- Viisi tapaa, joilla tekoäly voi auttaa meitä avaruustutkimuksessa