Astronomi su se dugo pitali odakle potječu kozmičke zrake visoke energije u našoj galaksiji? Nova opažanja uz pomoć zvjezdarnice Čerenkovljev eksperiment s vodom na velikoj nadmorskoj visini (HAWC) otkrili su gotovo nemogućeg kandidata: inače, divovski molekularni oblak uobičajen je fenomen.
Kozmičke zrake uopće nisu zrake, već sićušne čestice koje putuju svemirom brzinom gotovo svjetlosti. Mogu se sastojati od elektrona, protona ili čak iona težih elemenata. Oni se stvaraju u svim vrstama visokoenergetskih procesa u svemiru, od eksplozije supernove do spajanja zvijezda, pa čak i kada crna rupa usisava plin. Kozmičke zrake dolaze u raznim energijama, a općenito govoreći, kozmičke zrake više energije manje su uobičajene od svojih nižeenergetskih rođaka. Ovaj se omjer vrlo malo mijenja pri određenoj energiji - 10^15 elektron volti - što se naziva "koljeno". Elektronvolt ili eV je jednostavno način na koji fizičari čestica vole mjeriti razine energije. Usporedbe radi, najjači sudarač čestica na Zemlji, Large Hadron Collider, može doseći 13×10^12 eV, što se često označava kao 13 teraelektron volti ili 13 TeV.
Kozmičke zrake s energijom iznad 10-15 eV puno su rjeđe nego što bi se moglo očekivati. To je navelo astronome da vjeruju da sve kozmičke zrake na ovoj i višoj energetskoj razini dolaze izvan galaksije, dok procesi u Mliječnoj stazi mogu proizvesti kozmičke zrake do i uključujući 10-15 eV. Što god stvara ove kozmičke zrake bit će u "peta" rasponu i stoga više od 1000 puta snažnije od naših najboljih akceleratora čestica - prirodnih "pevatrona" koji lutaju galaksijom.
Misija je jednostavna: pronaći izvor kozmičkih zraka na PEV skali u Mliječnoj stazi. No, unatoč njihovoj energiji, teško je odrediti njihovo podrijetlo. To je zato što se kozmičke zrake sastoje od nabijenih čestica, a nabijene čestice koje putuju međuzvjezdanim prostorom reagiraju na magnetsko polje naše galaksije. Dakle, kada vidite visokoenergetsku kozmičku zraku koja dolazi iz određenog smjera na nebu, zapravo nemate pojma odakle je zapravo došla - njezina je putanja bila zakrivljena i iskrivljena na putu do Zemlje. Ali umjesto da izravno tražimo kozmičke zrake, možemo tražiti njihove srodnike.
Kada kozmičke zrake slučajno udare u oblak međuzvjezdanog plina, mogu emitirati gama zrake, visokoenergetski oblik zračenja. Ove gama zrake prolaze kroz galaksiju u ravnoj liniji, što nam omogućuje da izravno odredimo njihovo porijeklo. Stoga, ako vidimo jak izvor gama zraka, možemo potražiti obližnje izvore PEV kozmičkih zraka.
Također zanimljivo:
- Neutronske zvijezde ostavljaju nasljeđe od zlata i platine
- Što pomaže ohladiti vruće neutronske zvijezde?
Ovu je metodu koristila skupina istraživača koristeći HAWC, koji se nalazi na vulkanu Sierra Negra u južnom središnjem Meksiku. HAWC "gleda" u nebo pored spremnika napunjenih ultra čistom vodom. Kada visokoenergetske čestice ili radijacija udare u rezervoare, emitiraju bljesak plave svjetlosti, omogućujući astronomima da prate izvor na nebu.
Detaljno u radu nedavno objavljenom u časopisu arXiv, astronomi su identificirali izvor gama zraka koje prelaze 200 TeV koje mogu proizvesti samo još jače kozmičke zrake – vrsta kozmičkih zraka koje dosežu PEV ljestvicu. Izvor, nazvan HAWC J1825-134, nalazi se otprilike prema središtu Galaksije. HAWC J1825-134 izgleda nam kao svijetla mrlja gama zraka osvijetljena nekim nepoznatim izvorom kozmičkih zraka – vjerojatno najsnažnijim poznatim izvorom kozmičkih zraka u Mliječnoj stazi.
Nekoliko uobičajenih sumnjivih izvora visokoenergetskih kozmičkih zraka nalazi se unutar nekoliko tisuća svjetlosnih godina od HAWC J1825-134, ali nitko od njih ne može lako objasniti signal. Na primjer, sam galaktički centar je poznati generator intenzivnih kozmičkih zraka, ali je predaleko od HAWC J1825-134 da bi bio relevantan za ova mjerenja. Postoje neki ostaci supernove, a supernove su nedvojbeno vrlo moćne. Ali sve supernove u području HAWC J1825-134 eksplodirale su prije mnogo vremena - previše davno da bi sada proizvele ove kozmičke zrake visoke energije.
Pulsari - gusti, brzo rotirajući ostaci jezgri masivnih zvijezda - također proizvode velike količine kozmičkih zraka. Ali i oni su predaleko od izvora gama zračenja - energije elektrona i protona koji dolaze iz pulsara - jednostavno nisu dovoljno visoki da putuju tisućama svjetlosnih godina do mjesta gdje se gama zračenje emitira.
Iznenađujuće, ispostavilo se da je izvor ovih rekordnih kozmičkih zraka nitko drugi nego divovski molekularni oblak. Ovi oblaci su divovska, nespretna stvorenja puna prašine i plina koja lutaju galaksijom. Ponekad se skupe i postanu zvijezde, ali inače mogu ostati mirne i labave milijardama godina.
Unutar kompleksa oblaka nalazi se klaster novorođenih zvijezda, ali se čak ni najljepše i najglasnije mlade zvijezde ne smatraju dovoljno moćnima da lansiraju takve kozmičke zrake. I sami istraživači priznaju da ne znaju kako ovaj oblak to radi, ali nekako, kada nitko nije obraćao pozornost, generirao je neke od najmoćnijih čestica u cijeloj galaksiji.
Pročitajte također:
- Čudan neutralni elektron otkriven je u novom agregatnom stanju
- Pet načina na koje nam umjetna inteligencija može pomoći u istraživanju svemira