Astronomii identifică sursa razelor cosmice cu energie ridicată

Cu aproape un secol în urmă, oamenii de știință au început să-și dea seama că o parte din radiațiile pe care le detectăm în atmosfera Pământului nu sunt de origine locală. Acest lucru a dus în cele din urmă la descoperirea razelor cosmice, a protonilor de mare energie și a nucleelor ​​atomice care au fost dezbrăcate de electroni și accelerate la viteze relativiste (apropiate de viteza luminii). Cu toate acestea, există încă multe mistere în jurul acestui fenomen ciudat (și mortal).

Aceasta include întrebări despre originile lor Și modul în care componenta principală a razelor cosmice (protoni) este accelerată la o viteză atât de mare. Datorită noilor cercetări efectuate de Universitatea Nagoya, oamenii de știință au determinat pentru prima dată cantitatea de raze cosmice produse într-o rămășiță de supernovă. Această cercetare a ajutat la rezolvarea unui mister vechi de 100 de ani și este un pas major către determinarea exactă a sursei razelor cosmice.

În timp ce oamenii de știință cred că razele cosmice provin din mai multe surse – soarele nostru, supernove, explozii de raze gamma (GRB) și Nucleii galactici activi (alias quasarii) – Originea lor a fost un mister de când au fost descoperite pentru prima dată în 1912. La fel, astronomii au emis ipoteza că rămășițele supernova (efectele ulterioare ale exploziilor supernova) sunt responsabile pentru accelerarea lor până la aproape viteza luminii.

Pe măsură ce călătoresc prin galaxia noastră, razele cosmice joacă un rol în evoluția chimică a mediului interstelar (ISM). Ca atare, înțelegerea originii lor este esențială pentru înțelegerea modului în care au evoluat galaxiile. În ultimii ani, observațiile îmbunătățite au determinat unii oameni de știință să speculeze că rămășițele de supernova dau naștere la raze cosmice, deoarece protonii pe care îi accelerează interacționează cu protonii din ISM pentru a forma raze gamma de mare energie (VHE).

Cu toate acestea, razele gamma sunt produse și de electronii care interacționează cu fotonii din ISM, care pot fi sub formă de fotoni în infraroșu sau radiații din fundalul cosmic cu microunde (CMB). Prin urmare, determinarea sursei celei mai mari este esențială pentru determinarea originii razelor cosmice. Sperând să facă lumină în acest sens, echipa de cercetare – care a inclus membri de la Universitatea Nagoya, Observatorul Astronomic Național din Japonia (NAOJ), Universitatea din Adelaide, Australia – Am observat rămășița de supernovă RX J1713.7? 3946 (RX J1713).

Cheia cercetărilor lor a fost noua abordare pe care au dezvoltat-o ​​pentru a determina sursa razelor gamma în spațiul interstelar. Observațiile anterioare au arătat că intensitatea razelor gamma VHE de la protonii care se ciocnesc cu alți protoni din ISM este proporțională cu densitatea gazului interstelar, care poate fi distins utilizând imaginea radio liniară. Pe de altă parte, razele gamma generate de interacțiunea electronilor cu fotonii din ISM sunt, de asemenea, de așteptat să fie proporționale cu intensitatea de raze X non-termică a electronilor.

Pentru studiul lor, echipa s-a bazat pe datele obținute de sistemul stereoscopic de înaltă energie (HESS), observatorul de raze gamma VHE situat în Namibia (și operat de Institutul Max Planck pentru Fizică Nucleară). Apoi au combinat acest lucru cu datele cu raze X obținute de observatorul Agenției Spațiale Europene cu raze X cu oglindă multiplă (XMM-Newton) și cu datele privind distribuția gazelor în mediul interstelar.

Apoi au combinat toate cele trei seturi de date și au stabilit că protonii au reprezentat 67 ± 8% din razele cosmice, în timp ce electronii cu raze cosmice au reprezentat 33 ± 8% – aproximativ o divizare de 70/30. Aceste rezultate sunt revoluționare, deoarece sunt pentru prima dată când au fost determinate originile potențiale ale razelor cosmice. Ele constituie, de asemenea, cele mai definitive dovezi până în prezent că rămășițele supernova sunt sursa razelor cosmice.

Aceste rezultate demonstrează, de asemenea, că razele gamma de la protoni sunt mai frecvente în regiunile interstelare bogate în gaze, în timp ce cele induse de electroni sunt îmbunătățite în regiunile sărace în gaze. Aceasta susține ceea ce mulți cercetători au prezis, care este că cele două mecanisme funcționează împreună pentru a influența dezvoltarea ISM. Ea a spus Profesorul emerit Yasuo Fukui, care a fost autorul principal al studiului:

„Această nouă metodă nu ar fi fost posibilă fără cooperarea internațională. [It] Acesta va fi aplicat mai multor rămășițe de supernovă folosind Telescopul de Raze Gamă (CTA) de următoarea generație (Cherenkov Telescope Array) în plus față de observatoarele existente, care vor servi drept un avans major în studiul originii razelor cosmice. „

În plus față de conducerea acestui proiect, Fukui lucrează pentru a determina distribuția gazelor interstelare începând cu 2003 folosind Nantan radiotelescop în Observatorul Las Campanas în Chile și telescop compact australia. Mulțumită profesorului Gavin Roel și doctorului Sabrina Aeneke de la Universitatea din Adelaide (coautori ai studiului) și echipei HESS, rezoluția spațială și sensibilitatea observatoarelor cu raze gamma au ajuns în sfârșit la punctul în care se pot face comparații între cele două.

Între timp, coautorul Dr. Hidetoshi Sano de la NAOJ a condus analiza seturilor de date arhivistice de la XMM-Newton Observatory. În acest sens, acest studiu arată, de asemenea, cum colaborarea internațională și schimbul de date permit tot felul de cercetări de ultimă generație. Combinate cu instrumente îmbunătățite, metode îmbunătățite și oportunități mai mari de colaborare conduc la o eră în care descoperirile astrologice devin normă!

Citire detaliată: Universitatea NagoyaȘi Jurnal astrofizic