I stedet for å investere i partikkelakseleratorer her på jorden, kan fysikere vurdere å bare sprenge noen få stjerner. Når partikler beveger seg rundt restene, blir de akselerert av de enorme magnetfeltene og til slutt nærmer seg lysets hastighet. Bildene fra Chandra viser at partiklene akselereres til den maksimale hastigheten som er forutsagt av teoriene.
Nye ledetråder om opprinnelsen til kosmiske stråler, mystiske høyenergipartikler som bombarderer jorden, er blitt avslørt ved hjelp av NASAs Chandra røntgenobservatorium. Et ekstraordinært detaljert bilde av restene av en eksplodert stjerne gir avgjørende innsikt i generasjonen av kosmiske stråler.
For første gang har astronomer kartlagt akselerasjonen av kosmiske stråleelektroner i en supernova-rest. Det nye kartet viser at elektronene akselereres nær den teoretisk maksimale hastigheten. Denne oppdagelsen gir overbevisende bevis på at supernova-rester er viktige steder for å gi ladede partikler.
Kartet ble laget av et bilde av Cassiopeia A, en 325 år gammel rest produsert av eksplosiv død av en massiv stjerne. De blå, sprø buer i bildet sporer den ekspanderende ytre sjokkbølgen der akselerasjonen finner sted. De andre fargene i bildet viser rusk fra eksplosjonen som har blitt oppvarmet til millioner av grader.
"Forskere har siden 1960-tallet teoretisert at det må skapes kosmiske stråler i magnetfeltets floke ved sjokket, men her kan vi se dette skje direkte," sa Michael Stage fra University of Massachusetts, Amherst. "Å forklare hvor kosmiske stråler kommer fra, hjelper oss å forstå andre mystiske fenomener i det høyenergiske universet."
Eksempler er akselerasjon av ladede partikler til høye energier i et bredt utvalg av objekter, alt fra sjokk i magnetosfæren rundt jorden til fantastiske ekstragalaktiske jetfly som er produsert av supermassive sorte hull og har tusenvis av lysår i lengden.
Forskere hadde tidligere utviklet en teori for å forklare hvordan ladede partikler kan akselereres til ekstremt høye energier - reiser med nesten lysets hastighet - ved å sprette frem og tilbake over en sjokkbølge mange ganger.
"Elektronene tar fart hver gang de spretter over sjokkfronten, som om de er i en relativistisk flipperspill," sa teammedlem Glenn Allen fra Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge. "Magnetfeltene er som støtfangere, og sjokket er som en flipper."
I sin analyse av det enorme datasettet, var teamet i stand til å skille røntgenstrålene som kom fra de akselererende elektronene, fra de som kom fra det oppvarmede stjernestrøket. Dataene antyder at noen av disse elektronene akselereres med en hastighet nær det maksimale som er forutsagt av teorien. Kosmiske stråler er sammensatt av elektroner, protoner og ioner, hvorav bare glød fra elektroner kan påvises i røntgenstråler. Protoner og ioner, som utgjør hoveddelen av kosmiske stråler, forventes å oppføre seg på samme måte som elektronene.
"Det er spennende å se regioner der gløden produsert av kosmiske stråler faktisk overskrider 10 millioner-graders gass som er oppvarmet av supernovas sjokkbølger," sa John Houck, også fra MIT. "Dette hjelper oss å forstå ikke bare hvordan kosmiske stråler akselereres, men også hvordan supernova-rester utvikler seg."
Når den totale energien til de kosmiske strålene bak sjokkbølgen øker, blir magnetfeltet bak støtet endret, sammen med selve sjokkbølgen. Å undersøke forholdene i sjokkene hjelper astronomer med å spore endringene av supernova-levningen med tiden, og til slutt bedre å forstå den opprinnelige supernova-eksplosjonen.
NASAs Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Administrerer Chandra-programmet for byråets Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerer vitenskap og flyoperasjoner fra Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Originalkilde: Chandra News Release
