Noua strălucire de înaltă energie a Căii Lactee sugerează secretele razelor cosmice

Calea Lactee strălucește cu o ceață de raze gamma, cu energii care depășesc cu mult tot ceea ce fizicienii pot produce pe Pământ, potrivit unei noi lucrări. Raze gamma detectate în studiu, care urmează să fie publicat în Scrisori de revizuire fizicăa venit din tot discul galaxiei și a ajuns la aproape un cvadrilion (1015) electron volți, cunoscuți ca petaelectron volt sau PeV.

Aceste raze gamma difuze sugerează existența unor acceleratori de particule cosmice puternice în Calea Lactee. Fizicienii cred că astfel de acceleratori sunt sursa de raze cosmice misterioase, foarte energice, particule încărcate care trec prin galaxie, uneori aterizand pe Pământ. Când razele cosmice – care constau în principal din protoni – se lovesc de resturile interstelare, ele pot produce raze gamma, o formă de lumină de înaltă energie.

Anumite medii galactice ar putea accelera particulele de raze cosmice la mai mult de un PeV, bănuiesc oamenii de știință. În comparație, Large Hadron Collider, principalul accelerator de particule creat de oameni, accelerează protonii la 6,5 ​​trilioane de electroni volți. Dar fizicienii nu au identificat în mod definitiv niciun accelerator cosmic natural capabil să atingă un PeV, cunoscut sub numele de PeVatrons. O posibilitate este ca rămășițele de supernovă, rămășițele stelelor explodate, să găzduiască unde de șoc care pot accelera razele cosmice către astfel de energii (SN: 11/12/20).

Dacă PeVatrons ar exista, razele cosmice pe care le emit ar pătrunde în galaxie, producând o strălucire difuză de raze gamma de energii extreme. Tocmai asta au descoperit cercetătorii cu experimentul Tibet AS-gamma. „Este plăcut să vezi că lucrurile se potrivesc împreună”, spune fizicianul David Hanna de la Universitatea McGill din Montreal, care nu a fost implicat în studiu.

După ce razele cosmice sunt aruncate din locurile lor natale, cred oamenii de știință, ele cutreieră galaxia, răsucite de câmpurile ei magnetice. „Trăim într-o bulă de raze cosmice”, spune astrofizicianul Paolo Lipari de la Institutul Național pentru Fizică Nucleară din Roma, care nu a fost implicat în cercetare. Deoarece nu sunt deviate de câmpurile magnetice, razele gamma indică înapoi către sursele lor, dezvăluind locul unde se află razele cosmice itinerante. Noul studiu „vă oferă informații despre modul în care aceste particule umplu galaxia”.

De asemenea, razele gamma cu energie inferioară pătrund în galaxie. Dar este nevoie de raze gamma de energie mai mare pentru a înțelege razele cosmice de cea mai mare energie. „În general, cu cât energia razelor gamma este mai mare, cu atât energia razelor cosmice este mai mare”, spune astrofizicianul Elena Orlando de la Universitatea Stanford, care nu a fost implicată în cercetare. „De aceea, detectarea… ne spune că razele cosmice PeV își au originea și se propagă în discul galactic.”

Oamenii de știință care au participat la experimentul Tibet AS-gamma din China au observat raze gamma cu energii cuprinse între aproximativ 100 de trilioane și un cvadrilion de electroni volți venind din regiunea cerului acoperită de discul Căii Lactee. O căutare a posibilelor surse ale celor 38 de raze gamma cu cea mai mare energie, peste 398 de trilioane de electroni volți, a venit goală, susținând ideea că razele gamma provin de la raze cosmice care rătăciseră prin galaxie. Raza gamma de cea mai mare energie transporta aproximativ 957 de trilioane de electroni volți.

Cercetătorii Tibet AS-gamma au refuzat să comenteze studiul.

Oamenii de știință au văzut anterior raze gamma extrem de energice din surse individuale din Calea Lactee, cum ar fi Nebuloasa Crabului, o rămășiță de supernovă (SN: 24/06/19). Aceste raze gamma sunt probabil produse într-o manieră diferită, de electroni care radiază raze gamma în timp ce circulă în acceleratorul cosmic.