Astrofysiker vid Michigan State University har gjort framsteg i att lösa ett sekellångt mysterium kring galaktiska kosmiska strålers ursprung. Deras senaste studier har identifierat en pulsarvindnebulosa som en potentiell källa bakom en signal från Kinas LHAASO-observatorium. Resultaten, som presenterades vid American Astronomical Societys möte, ger nya insikter om dessa högenergipartiklar.
Kosmiska strålar, högenergipartiklar som färdas nära ljushastigheten, upptäcktes första gången 1912, men deras exakta ursprung inom Vintergatan har förbryllat forskare ända sedan dess. Dessa partiklar uppstår troligen i extrema kosmiska miljöer, såsom svarta hål, stjärnbildningsregioner eller rester av exploderade stjärnor, som också kan generera neutriner.
Shuo Zhang, biträdande professor i fysik och astronomi vid Michigan State University, ledde två studier som ger färska ledtrådar. I den första analyserade postdoktoranden Stephen DiKerby en mystisk högenergikälla upptäckt av Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) med data från rymdteleskopet XMM-Newton. Han identifierade den som en pulsarvindnebulosa, en expanderande region som energigivs av en pulsar och fylld med partiklar som elektroner och protoner. Detta placerar den bland de få kända PeVatronerna – naturliga acceleratorer som kan boosta partiklar till petaelektronvolt-energier, långt över mänskligt byggda anläggningar.
"Kosmiska strålar är mycket mer relevanta för livet på jorden än du kanske tror", sa Zhang. "Ungefär 100 biljoner kosmiska neutriner från avlägsna källor som svarta hål passerar genom din kropp varje sekund. Vill du inte veta var de kommer ifrån?"
Den andra studien involverade undergraduaterna Ella Were, Amiri Walker och Shaan Karim, som använde NASAs Swift X-rayteleskop för att undersöka andra LHAASO-källor. De fastställde övre gränser för X-stråleutsläpp, vilket kan styra framtida forskning.
Dessa resultat delades vid den 246:e mötet av American Astronomical Society i Anchorage, Alaska. Framöver planerar Zhangs team att integrera data från IceCube Neutrino Observatory med X-ray- och gammastråleobservationer för att utforska varför vissa källor producerar neutriner och andra inte.
"Genom att identifiera och klassificera kosmiska strålkällor kan vårt arbete förhoppningsvis ge en omfattande katalog över kosmiska strålkällor med klassificering", sa Zhang. "Det skulle kunna tjäna som ett arv för framtida neutrinobservatorier och traditionella teleskop att utföra mer djupgående studier av partikelaccelerationsmekanismer."
"Detta arbete kommer att kräva samarbete mellan partikelfysiker och astronomer", tillade hon. "Det är ett idealiskt projekt för MSU:s högenergifysikgrupp."
Forskningen, detaljerad i The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0), finansieras av NASA-observationsbidrag och ett National Science Foundation IceCube-analysbidrag. Att förstå PeVatroner kan kasta ljus över galaxbildning och mörk materia.