Wietrzne i chaotyczne pozostałości otaczające niedawno eksplodujące gwiazdy mogą wyrzucać najszybsze cząstki we wszechświecie.
Wysoce magnetyczne gwiazdy neutronowe znane jako pulsary wytwarzają szybki i silny wiatr magnetyczny. Kiedy naładowane cząstki, a konkretnie elektrony, wpadają w te turbulentne warunki, mogą zostać pobudzone do ekstremalnych energii, donoszą astrofizycy 28 kwietnia w Astrophysical Journal Letters. Co więcej, te zrywne elektrony mogą następnie pobudzić światło otoczenia do równie ekstremalnych energii, prawdopodobnie tworząc bardzo wysokoenergetyczne fotony promieniowania gamma, które doprowadziły astronomów do wykrycia tych wyrzutni cząstek w pierwszej kolejności.
„To pierwszy krok w badaniu związku pomiędzy pulsarami a emisją ultra wysokich energii” – mówi astrofizyk Ke Fang z University of Wisconsin w Madison, który nie był zaangażowany w tę nową pracę.
W zeszłym roku badacze z Large High Altitude Air Shower Observatory, lub LHAASO, w Chinach ogłosili odkrycie promieni gamma o najwyższej energii, jaką kiedykolwiek wykryto, do 1,4 kwadryliona elektronowoltów (SN: 2/2/21). To około 100 razy więcej niż najwyższe energie osiągane przez największy na świecie akcelerator cząstek, Wielki Zderzacz Hadronów koło Genewy. Ustalenie, co powoduje te i inne ekstremalnie wysokoenergetyczne promienie gamma może wskazać, dosłownie, lokalizacje promieni kosmicznych – zrywnych protonów, cięższych jąder atomowych i elektronów, które bombardują Ziemię z miejsc poza naszym Układem Słonecznym.
Uważa się, że niektóre promienie gamma pochodzą z tego samego środowiska co promienie kosmiczne. Jednym ze sposobów ich wytwarzania jest to, że promienie kosmiczne, krótko po wystrzeleniu, mogą uderzyć we względnie niskoenergetyczne fotony otoczenia, zwiększając je do wysokoenergetycznych promieni gamma. Jednak elektrycznie naładowane promienie kosmiczne są poruszane przez galaktyczne pola magnetyczne, co oznacza, że nie poruszają się w linii prostej, komplikując w ten sposób wysiłki zmierzające do odnalezienia ich źródła. Promienie gamma są jednak odporne na pola magnetyczne, więc astrofizycy mogą prześledzić ich niezachwianą drogę do źródeł – i dowiedzieć się, gdzie powstają promienie kosmiczne.
W tym celu zespół LHAASO prześledził setki fotonów promieniowania gamma, które wykrył w 12 miejscach na niebie. Podczas gdy zespół zidentyfikował jedno miejsce jako Mgławicę Krab, pozostałość po supernowej około 6500 lat świetlnych od Ziemi, badacze zasugerowali, że pozostałe mogą być związane z innymi miejscami wybuchów gwiazd lub nawet młodymi masywnymi gromadami gwiazd (SN: 6/24/19).
W nowym badaniu, astrofizyk Emma de Oña Wilhelmi i współpracownicy skupili się na jednym z tych możliwych punktów pochodzenia: mgławicach wiatru pulsara, chmurach turbulencji i naładowanych cząstek otaczających pulsara. Badacze nie byli przekonani, że takie miejsca mogą tworzyć tak wysokoenergetyczne cząstki i światło, więc postanowili wykazać poprzez obliczenia, że mgławice wiatru pulsara nie są źródłem ekstremalnego promieniowania gamma. „Ku naszemu zaskoczeniu okazało się, że w bardzo ekstremalnych warunkach można wyjaśnić wszystkie źródła [które widział LHAASO]” – mówi de Oña Wilhelmi z Niemieckiego Synchrotronu Elektronowego w Hamburgu.
Młode pulsary w sercu tych mgławic – mające nie więcej niż 200 000 lat – mogą zapewnić cały ten oomph ze względu na ich ultra silne pola magnetyczne, które tworzą turbulentną bańkę magnetyczną zwaną magnetosferą.
