ミシガン州立大学の天体物理学者らは、銀河系宇宙線の起源に関する1世紀にわたる謎を解明する上で進展を遂げた。彼らの最近の研究は、中国のLHAASO観測所からの信号の背後にある潜在的な源としてパルサー風星雲を特定した。これらの発見は、アメリカ天文学会での発表で、これらの高エネルギー粒子の新たな洞察を提供する。
宇宙線は、光速近くで移動する高エネルギー粒子で、1912年に初めて発見されたが、天の川銀河内での正確な起源は以来科学者を困惑させてきた。これらの粒子は、おそらくブラックホール、星形成領域、または爆発した星の残骸などの極端な宇宙環境から生じ、これらはニュートリノも生成する可能性がある。
ミシガン州立大学の物理学・天文学准教授Shuo Zhangは、新たな手がかりを提供する2つの研究を主導した。最初の研究では、ポスドク研究員Stephen DiKerbyが、大高高度エアシャワー観測所（LHAASO）が検出した謎の高エネルギー源をXMM-Newton宇宙望遠鏡のデータで解析した。彼はそれをパルサー風星雲として特定した。これはパルサーによってエネルギーを供給され、電子や陽子などの粒子で満たされた膨張領域である。これにより、既知の数少ないPeVatrons——粒子をペタ電子ボルトエネルギーに加速できる自然加速器——の一つに分類される。これは人間製の施設をはるかに上回る。
「宇宙線はあなたが思う以上に地球上の生命に関連しています」とZhang氏は語った。「ブラックホールのような遠く離れた源からの約100兆個の宇宙ニュートリノが毎秒あなたの体を通り抜けます。それらがどこから来たのか知りたくありませんか？」
2番目の研究では、学部のElla Were、Amiri Walker、Shaan KarimがNASAのSwift X線望遠鏡を使用して他のLHAASO源を調査した。彼らはX線放出の上限を確立し、将来の研究を導く可能性がある。
これらの結果は、アラスカ州アンカレッジでのアメリカ天文学会第246回総会で共有された。将来的に、ZhangのチームはIceCubeニュートリノ観測所のデータをX線およびガンマ線観測と統合し、一部の源がニュートリノを生成する一方で他の源が生成しない理由を探る計画だ。
「宇宙線源の特定と分類を通じて、私たちの取り組みは分類付きの包括的な宇宙線源カタログを提供できるはずです」とZhang氏は述べた。「それは将来のニュートリノ観測所や伝統的な望遠鏡が粒子加速メカニズムについてより詳細な研究を行うための遺産となるでしょう。」
「この仕事は粒子物理学者と天文学者の協力が必要となります」と彼女は付け加えた。「MSUの高エネルギー物理グループにとって理想的なプロジェクトです。」
この研究はThe Astrophysical Journal（DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0）に詳細が記載されており、NASA観測助成金と国立科学財団IceCube分析助成金により資金提供されている。PeVatronsの理解は、銀河形成と暗黒物質に光を当てる可能性がある。