Ce accelerează razele cosmice până la aproape viteza luminii? Astronomul s-a gândit la această întrebare de aproape 100 de ani, iar acum noi dovezi susțin o teorie susținută timp de două decenii potrivit căreia razele cosmice sunt probabil alimentate de stele explozive și vânturi stelare. „Această descoperire a fost prevăzută de aproape 20 de ani, dar până în prezent, niciun instrument nu a fost suficient de sensibil pentru a o vedea”, a spus Wystan Benbow, astrofizician la Smithsonian Astrophysical Observatory, care a coordonat acest proiect pentru sistemul foarte energetic de radiografie cu telescop de imagine (ENERGETIC) ) colaborare.
În urmă cu aproape 100 de ani, oamenii de știință au detectat primele semne ale razelor cosmice, care nu sunt de fapt raze sau fascicule, ci particule subatomice (în mare parte protoni) care se potrivește prin spațiu la aproape viteza luminii. Cele mai energice raze cosmice lovesc cu pumnul unei bile rapide de 98 mph, chiar dacă sunt mai mici decât un atom. Astronomii au pus sub semnul întrebării ce forță naturală poate accelera particulele până la o astfel de viteză.
Cele mai rare raze cosmice duc peste 100 de miliarde de ori mai multă energie generată de orice accelerator de particule de pe Pământ. Astronomii au conceput metode ingenioase pentru detectarea razelor cosmice care lovesc atmosfera Pământului. Totuși, detectarea razelor cosmice de la distanță necesită mult mai mult efort.
VERITAS a găsit noi dovezi pentru raze cosmice în „Galaxia trabucurilor”, cunoscută și sub numele de Messier 82 (M82), care se află la 12 milioane de ani-lumină de Pământ în direcția constelației Ursa Major, care susține cu tărie îndelungatul teorie conform căreia supernovele și vânturile stelare din stelele masive sunt acceleratoarele dominante ale particulelor de raze cosmice.
Galaxiile cu niveluri ridicate de formare de stele precum M82, cunoscute și sub denumirea de galaxii „starburst”, au un număr mare de supernove și stele masive. Dacă teoria se menține, atunci galaxiile starburst ar trebui să conțină mai multe raze cosmice decât galaxiile normale. Descoperirea VERITAS confirmă această așteptare, ceea ce indică faptul că densitatea razelor cosmice în M82 este de aproximativ 500 de ori mai mare decât densitatea medie în Galaxia noastră, Calea Lactee.
„Această descoperire oferă o perspectivă fundamentală asupra originii razelor cosmice”, a spus Rene Ong, profesor de fizică la Universitatea din California, Los Angeles, și purtătorul de cuvânt al colaborării VERITAS.
Folosirea razelor gamma pentru a deduce razele cosmice
VERITAS nu a putut detecta razele cosmice ale lui M82 direct, deoarece sunt prinse în Galaxia trabucurilor. În schimb, VERITAS a căutat indicii despre prezența razelor cosmice: raze gamma. Razele gamma sunt cea mai energică formă de lumină, mult mai puternică decât lumina ultravioletă sau chiar razele X. Când razele cosmice interacționează cu gazul și radiațiile interstelare din interiorul M82, acestea produc raze gamma, care apoi pot scăpa de galaxia lor de origine și pot ajunge la detectoarele Pământului.
A fost nevoie de doi ani de colectare a datelor dedicate pentru a elimina semnalul slab care vine de la M82.
„Știam că detectarea M82 ar avea implicații științifice importante. Ca rezultat, am programat o expunere excepțional de lungă imediat după ce experimentul a devenit pe deplin operațional ”, a spus Benbow. „Datele trebuie analizate meticulos pentru a extrage semnalul de raze gamma, care este de peste un milion de ori mai mic decât zgomotul de fundal. Deși semnalul este doar o fracțiune minusculă a datelor, am făcut multe verificări pentru părtinirea posibilă și suntem siguri că semnalul este autentic. "
„Detectarea M82 indică faptul că universul este plin de acceleratoare de particule naturale, iar pe măsură ce observatoarele cu raze gamma de la sol continuă să se îmbunătățească, descoperirile ulterioare sunt inevitabile.” a spus Martin Pohl, profesor de fizică la Universitatea de Stat din Iowa, care a ajutat la conducerea studiului. Este deja în curs de dezvoltare un observator de raze gamma VHE de generație următoare, Advanced Gamma-ray Imaging System (AGIS).
VERITAS este operat de o colaborare de peste 100 de oameni de știință din 22 de instituții diferite din Statele Unite, Irlanda, Anglia și Canada. Faceți clic aici pentru mai multe informații despre VERITAS.
Legenda imaginii de plumb: un compus de imagini cu mai multe lungimi de undă ale galaxiei active M82 de la Hubble, Chandra și Spitzer. Credit: NASA, ESA, CXC și JPL-Caltech
Sursa: Centrul pentru Astrofizică Harvard Smithsonian
