Αντί να επενδύουν σε επιταχυντές σωματιδίων εδώ στη Γη, οι φυσικοί μπορούν να εξετάσουν το ενδεχόμενο να ανατινάξουν μερικά αστέρια. Καθώς τα σωματίδια κινούνται γύρω από το υπόλοιπο, επιταχύνονται από τα τεράστια μαγνητικά πεδία, πλησιάζοντας τελικά την ταχύτητα του φωτός. Οι εικόνες από το Chandra δείχνουν ότι τα σωματίδια επιταχύνονται στο μέγιστο ρυθμό που προβλέπεται από τις θεωρίες.
Νέες ενδείξεις για την προέλευση των κοσμικών ακτίνων, μυστηριώδη σωματίδια υψηλής ενέργειας που βομβαρδίζουν τη Γη, έχουν αποκαλυφθεί χρησιμοποιώντας το Παρατηρητήριο Ακτίνων Χ Chandra της NASA. Μια εξαιρετικά λεπτομερής εικόνα των υπολειμμάτων ενός εκρηγμένου αστεριού παρέχει κρίσιμη εικόνα για τη δημιουργία κοσμικών ακτίνων.
Για πρώτη φορά, οι αστρονόμοι χαρτογράφησαν το ρυθμό επιτάχυνσης των ηλεκτρονικών κοσμικών ακτίνων σε ένα υπόλειμμα σουπερνόβα. Ο νέος χάρτης δείχνει ότι τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται κοντά στον θεωρητικά μέγιστο ρυθμό. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει συναρπαστικά στοιχεία ότι τα υπολείμματα σουπερνόβα είναι βασικοί ιστότοποι για την ενεργοποίηση φορτισμένων σωματιδίων.
Ο χάρτης δημιουργήθηκε από μια εικόνα της Cassiopeia A, ενός 325 ετών υπολείμματος που παράγεται από τον εκρηκτικό θάνατο ενός τεράστιου αστεριού. Τα μπλε, σοκαρισμένα τόξα στην εικόνα εντοπίζουν το επεκτεινόμενο εξωτερικό κύμα σοκ όπου πραγματοποιείται η επιτάχυνση. Τα άλλα χρώματα στην εικόνα δείχνουν συντρίμμια από την έκρηξη που έχει θερμανθεί σε εκατομμύρια βαθμούς.
«Οι επιστήμονες έχουν θεωρήσει από τη δεκαετία του 1960 ότι οι κοσμικές ακτίνες πρέπει να δημιουργηθούν στο μπερδεμένο των μαγνητικών πεδίων στο σοκ, αλλά εδώ μπορούμε να δούμε αυτό να συμβαίνει άμεσα», δήλωσε ο Michael Stage του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης, Amherst. «Η εξήγηση από πού προέρχονται οι κοσμικές ακτίνες μας βοηθά να κατανοήσουμε άλλα μυστηριώδη φαινόμενα στο σύμπαν υψηλής ενέργειας».
Παραδείγματα είναι η επιτάχυνση των φορτισμένων σωματιδίων σε υψηλές ενέργειες σε μια μεγάλη ποικιλία αντικειμένων, που κυμαίνονται από κραδασμούς στη μαγνητόσφαιρα γύρω από τη Γη έως φοβερούς εξωγαλαξιακούς πίδακες που παράγονται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και έχουν μήκος χιλιάδων ετών φωτός.
Οι επιστήμονες είχαν προηγουμένως αναπτύξει μια θεωρία για να εξηγήσουν πώς τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να επιταχυνθούν σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες - ταξιδεύοντας σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός - αναπηδώντας εμπρός και πίσω σε ένα κύμα σοκ πολλές φορές.
«Τα ηλεκτρόνια αυξάνουν την ταχύτητα κάθε φορά που αναπηδούν στο μπροστινό μέρος του σοκ, σαν να είναι σε μια σχετικιστική μηχανή φλίπερ», δήλωσε το μέλος της ομάδας Glenn Allen του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT), Cambridge. "Τα μαγνητικά πεδία είναι σαν τους προφυλακτήρες και το σοκ είναι σαν ένα βατραχοπέδιλο."
Στην ανάλυσή τους για το τεράστιο σύνολο δεδομένων, η ομάδα κατάφερε να διαχωρίσει τις ακτίνες Χ που προέρχονται από τα επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια από εκείνες που προέρχονται από τα θερμαινόμενα αστρικά συντρίμμια. Τα δεδομένα υποδηλώνουν ότι μερικά από αυτά τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται με ρυθμό κοντά στο μέγιστο προβλεπόμενο από τη θεωρία. Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούνται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και ιόντα, από τα οποία ανιχνεύεται μόνο λάμψη από ηλεκτρόνια στις ακτίνες Χ. Τα πρωτόνια και τα ιόντα, που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος των κοσμικών ακτίνων, αναμένεται να συμπεριφέρονται παρόμοια με τα ηλεκτρόνια.
«Είναι συναρπαστικό να βλέπουμε περιοχές όπου η λάμψη που παράγεται από κοσμικές ακτίνες ξεπερνά πραγματικά το αέριο 10 εκατομμυρίων βαθμών που θερμαίνεται από τα κύματα σοκ της σουπερνόβα», δήλωσε ο John Houck, επίσης του MIT. "Αυτό μας βοηθά να κατανοήσουμε όχι μόνο πώς επιταχύνονται οι κοσμικές ακτίνες, αλλά και πώς εξελίσσονται τα υπολείμματα σουπερνόβα."
Καθώς αυξάνεται η συνολική ενέργεια των κοσμικών ακτίνων πίσω από το κρουστικό κύμα, το μαγνητικό πεδίο πίσω από το σοκ τροποποιείται, μαζί με τον χαρακτήρα του ίδιου του κύματος σοκ. Η έρευνα των συνθηκών στα σοκ βοηθά τους αστρονόμους να εντοπίσουν τις αλλαγές του υπολείμματος του σουπερνόβα με το χρόνο και τελικά να κατανοήσουν καλύτερα την αρχική έκρηξη του σουπερνόβα.
Το Διαστημικό Κέντρο Πτήσης Marshall της NASA, Huntsville, Ala, διαχειρίζεται το πρόγραμμα Chandra για τη Διεύθυνση Επιστημονικής Αποστολής του οργανισμού. Το Αστεροφυσικό Παρατηρητήριο Smithsonian ελέγχει τη λειτουργία της επιστήμης και της πτήσης από το κέντρο ακτίνων Χ Chandra, Cambridge, Mass.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων Chandra
