Hva akselererer kosmiske stråler til nesten lysets hastighet? Astronom har fundert på dette spørsmålet i nesten 100 år, og nå støtter nye bevis en teori holdt i to tiår om at kosmiske stråler sannsynligvis er drevet av eksploderende stjerner og stjernevind. "Denne oppdagelsen er spådd i nesten 20 år, men til nå var ikke noe instrument følsomt nok til å se det," sa Wystan Benbow, en astrofysiker ved Smithsonian Astrophysical Observatory som koordinerte dette prosjektet for Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS ) samarbeid.
For snart 100 år siden oppdaget forskere de første tegnene på kosmiske stråler, som faktisk ikke er stråler eller bjelker, men subatomære partikler (for det meste protoner) som glir gjennom rommet ved nesten lysets hastighet. De mest energiske kosmiske strålene treffer med stansen til en 98-mph fastball, selv om de er mindre enn et atom. Astronomer stilte spørsmål ved hvilken naturkraft som kunne akselerere partikler til en slik hastighet.
De sjeldneste kosmiske strålene bærer over 100 milliarder ganger så mye energi som genereres av en hvilken som helst partikkelakselerator på jorden. Astronomer har utviklet geniale metoder for å oppdage kosmiske stråler som treffer Jordens atmosfære. Å oppdage kosmiske stråler på avstand krever imidlertid mye mer krefter.
VERITAS har funnet nye bevis for kosmiske stråler i "Sigaregalaksen", også kjent som Messier 82 (M82), som ligger 12 millioner lysår fra Jorden i retning av stjernebildet Ursa Major, som sterkt støtter den langholdte teori om at supernovaer og stjernevind fra massive stjerner er de dominerende akseleratorene for kosmiske strålepartikler.
Galakser med høye nivåer av stjernedannelse som M82, også kjent som "starburst" -galakser, har store antall supernovaer og massive stjerner. Hvis teorien holder, bør starburst-galakser inneholde mer kosmiske stråler enn normale galakser. VERITAS-funnet bekrefter den forventningen, som indikerer at den kosmiske stråldensiteten i M82 er omtrent 500 ganger den gjennomsnittlige tettheten i vår Galaxy, Melkeveien.
"Denne oppdagelsen gir grunnleggende innsikt i opprinnelsen til kosmiske stråler," sa Rene Ong, professor i fysikk ved University of California, Los Angeles, og talsperson for VERITAS-samarbeidet.
Bruk av gammastråler for å utlede kosmiske stråler
VERITAS kunne ikke oppdage M82s kosmiske stråler direkte fordi de er fanget i sigaregalaksen. I stedet så VERITAS etter ledetråder til tilstedeværelsen av kosmiske stråler: gammastråler. Gamma-stråler er den mest energiske formen for lys, langt kraftigere enn ultrafiolett lys eller til og med røntgenstråler. Når kosmiske stråler samhandler med interstellar gass og stråling i M82, produserer de gamma-stråler, som deretter kan unnslippe hjemmegalaksen og nå jordbaserte detektorer.
Det tok to år med dedikert datainnsamling for å erte ut det svake signalet som kom fra M82.
”Vi visste at deteksjonen av M82 ville ha viktige vitenskapelige implikasjoner. Som et resultat planla vi en eksepsjonell lang eksponering umiddelbart etter at eksperimentet ble fullstendig operativt, ”sa Benbow. “Dataene måtte analyseres nøye for å trekke ut gammastrålesignalet, som er over en million ganger mindre enn bakgrunnsstøyen. Selv om signalet bare er en liten brøkdel av dataene, foretok vi mange kontroller for mulig skjevhet, og vi er sikre på at signalet er ekte. ”
"Oppdagelsen av M82 indikerer at universet er fullt av naturlige partikkelakseleratorer, og ettersom bakkebaserte gammastråleobservatorier fortsetter å forbedre seg, er ytterligere funn uunngåelige." sa Martin Pohl, professor i fysikk ved Iowa State University som hjalp til med å lede studien. Et neste generasjons VHE gammastråleobservatorium, Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS), er allerede under utvikling.
VERITAS drives av et samarbeid med mer enn 100 forskere fra 22 forskjellige institusjoner i USA, Irland, England og Canada. Klikk her for mer informasjon om VERITAS.
Bly bildetekst: En sammensatt av bilder med flere bølgelengder av den aktive galaksen M82 fra Hubble, Chandra og Spitzer. Kreditt: NASA, ESA, CXC og JPL-Caltech
Kilde: Harvard Smithsonian Center for Astrophysics
