NASA’nın Fermi teleskobu, yıldız enkazının aşırı kozmik parçacıkların kaynağı olduğunu doğruladı

Gökbilimciler uzun zamandır galaksimizdeki en yüksek enerjili protonlardan bazıları için fırlatma alanlarını aradılar. Şimdi NASA’nın Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu’ndan alınan 12 yıllık verileri kullanan bir çalışma, bir süpernova kalıntısının tam da böyle bir yer olduğunu doğruluyor.

Fermi, patlamış yıldızların şok dalgalarının, parçacıkları ışığınkine benzer hızlara yükselttiğini göstermiştir. Kozmik ışınlar olarak adlandırılan bu parçacıklar çoğunlukla proton şeklini alır, ancak atom çekirdeği ve elektronları içerebilir. Hepsi bir elektrik yükü taşıdıkları için, galaksimizin manyetik alanından geçerken yolları karışır. Hangi yönden geldiklerini artık söyleyemediğimiz için, bu onların doğum yerlerini maskeliyor. Ancak bu parçacıklar, süpernova kalıntısının yakınında yıldızlararası gazla çarpıştığında, gama ışınlarında, var olan en yüksek enerjili ışık olan, belirgin bir parıltı üretirler.

Madison, Wisconsin Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Ke Fang, “Teorisyenler Samanyolu’ndaki en yüksek enerjili kozmik ışın protonlarının bir milyon milyar elektron volta veya PeV enerjilerine ulaştığını düşünüyorlar” dedi. “PeVatronlar olarak adlandırdığımız kaynaklarının kesin niteliğini saptamak zor oldu.”

Kaotik manyetik alanlar tarafından kapana kısılan parçacıklar, süpernovanın şok dalgasını tekrar tekrar geçerek, her geçişte hız ve enerji kazanırlar. Sonunda, kalıntı artık onları tutamaz ve yıldızlararası uzaya girerler.

Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından toplanan enerjinin yaklaşık 10 katına yükseltilen PeV protonları, galaksimizden tamamen kaçmanın eşiğinde.

Gökbilimciler, biri galaksimizin merkezinde olmak üzere birkaç şüpheli PeVatron tespit etti. Doğal olarak, süpernova kalıntıları aday listesinin başında geliyor. Yine de bilinen yaklaşık 300 kalıntıdan sadece birkaçının yeterince yüksek enerjili gama ışınları yaydığı bulunmuştur.

Belirli bir yıldız batığı, gama ışını astronomlarından büyük ilgi gördü. G106.3+2.7 olarak adlandırılan bu, Cepheus takımyıldızında yaklaşık 2.600 ışıkyılı uzaklıkta bulunan kuyruklu yıldız şeklinde bir bulut. Süpernova kalıntısının kuzey ucunu parlak bir pulsar kaplıyor ve gökbilimciler her iki cismin de aynı patlamada oluştuğunu düşünüyor.

Birincil enstrümanı olan Fermi’nin Geniş Alan Teleskobu, kalıntının uzatılmış kuyruğundan milyar elektron voltluk (GeV) gama ışınları tespit etti. (Karşılaştırma için, görünür ışığın enerjisi yaklaşık 2 ila 3 elektron volt arasındadır.) Güney Arizona’daki Fred Lawrence Whipple Gözlemevinde bulunan Çok Enerjik Radyasyon Görüntüleme Teleskop Dizisi Sistemi (VERITAS), aynı bölgeden daha da yüksek enerjili gama ışınları kaydetti. Hem Meksika’daki Yüksek İrtifa Su Cherenkov Gama Işını Gözlemevi hem de Çin’deki Tibet AS-Gama Deneyi, Fermi ve VERITAS tarafından incelenen alandan 100 trilyon elektron volt (TeV) enerjiye sahip fotonlar tespit etti.

Washington’daki Amerika Katolik Üniversitesi’nden ve NASA’nın Goddard Space’inden yardımcı yazar Henrike Fleischhack, “Bu nesne bir süredir önemli bir ilgi kaynağı olmuştur, ancak onu bir PeVatron olarak taçlandırmak için, protonları hızlandırdığını kanıtlamamız gerekiyor” dedi. Greenbelt, Maryland’deki Uçuş Merkezi. “Yakalama, birkaç yüz TeV’ye hızlandırılan elektronların aynı emisyonu üretebilmesidir. Şimdi, 12 yıllık Fermi verilerinin yardımıyla, G106.3+2.7’nin gerçekten bir PeVatron olduğu durumunu ortaya koyduğumuzu düşünüyoruz.”

Fang liderliğindeki bulguları detaylandıran bir makale 10 Ağustos’ta dergide yayınlandı. Fiziksel İnceleme Mektupları.

Pulsar, J2229+6114, dönerken deniz fenerine benzer bir işarette kendi gama ışınlarını yayar ve bu parıltı bölgeye birkaç GeV’lik enerjilere hükmeder. Bu emisyonun çoğu, pulsarın dönüşünün ilk yarısında meydana gelir. Ekip, yalnızca döngünün ikinci bölümünden gelen gama ışınlarını analiz ederek pulsarı etkili bir şekilde kapattı. 10 GeV’nin altında, kalıntının kuyruğundan önemli bir emisyon yoktur.

Bu enerjinin üzerinde, pulsarın girişimi ihmal edilebilir düzeydedir ve ek kaynak kolayca görünür hale gelir. Ekibin ayrıntılı analizi, bu gama ışını emisyonunu harekete geçiren parçacıklar olarak ezici bir çoğunlukla PeV protonlarını destekliyor.

Fang, “Şimdiye kadar, G106.3+2.7 benzersizdir, ancak TeV enerjilerine ulaşan gama ışınları yayan yeni bir süpernova kalıntıları popülasyonunun en parlak üyesi olduğu ortaya çıkabilir.” “Daha fazlası, Fermi ve çok yüksek enerjili gama ışını gözlemevleri tarafından gelecekteki gözlemlerle ortaya çıkarılabilir.”

NASA kozmik gizemleri araştırıyor ve bu özel bulmacanın çözülmesi on yıldan fazla süren son teknoloji gözlemler aldı.