Hvězdné pozůstatky jsou nečekaným zdrojem nejextrémnějšího kosmického záření

Astronomové již dlouho hledají místa startu některých protonů s nejvyšší energií v naší galaxii. Nyní studie využívající 12 let dat z vesmírného gama teleskopu NASA Fermi potvrzuje, že jeden pozůstatek supernovy je právě takovým místem.

Fermi ukázal, že rázové vlny explodovaných hvězd zvyšují rychlost částic na úroveň srovnatelnou s rychlostí světla. Tyto částice, nazývané kosmické záření, mají většinou podobu protonů, ale mohou obsahovat i atomová jádra a elektrony. Protože všechny nesou elektrický náboj, jejich dráhy se při průletu magnetickým polem naší galaxie zamíchají. Protože už nedokážeme určit, ze kterého směru přicházejí, maskuje to místo jejich zrodu. Když se však tyto částice srazí s mezihvězdným plynem v blízkosti pozůstatku po supernově, vytvoří prozrazující záři gama záření, světlo s nejvyšší energií.

Částice zachycené chaotickým magnetickým polem opakovaně překračují rázovou vlnu supernovy a při každém průletu nabývají na rychlosti a energii. Nakonec je pozůstatek už nedokáže udržet a ony se rozletí do mezihvězdného prostoru. PeV protony, jejichž energie je přibližně desetkrát vyšší než energie nejvýkonnějšího urychlovače částic na světě, Velkého hadronového urychlovače, jsou na pokraji toho, aby zcela unikly z naší galaxie.

Astronomové identifikovali několik podezřelých PeVatronů, včetně jednoho v centru naší galaxie. Na vrcholu seznamu kandidátů jsou samozřejmě pozůstatky supernov. Přesto bylo zjištěno, že z přibližně 300 známých pozůstatků pouze několik z nich vyzařuje záření gama s dostatečně vysokou energií. Jeden konkrétní hvězdný pozůstatek vzbudil velkou pozornost gama astronomů. Nazývá se G106.3+2.7 a jedná se o oblak ve tvaru komety, který se nachází ve vzdálenosti asi 2 600 světelných let v souhvězdí Cefea. Severní konec pozůstatku supernovy uzavírá jasný pulsar a astronomové se domnívají, že oba objekty vznikly při stejné explozi.

Velkoplošný teleskop Fermi, jeho hlavní přístroj, detekoval záření gama o síle miliardy elektronvoltů (GeV) z nitra prodlouženého ohonu pozůstatku. Pro srovnání, energie viditelného světla se pohybuje mezi 2 a 3 elektronvolty. Systém Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) na observatoři Freda Lawrence Whipplea v jižní Arizoně zaznamenal ze stejné oblasti gama záření s ještě vyšší energií. A jak High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory v Mexiku, tak Tibet AS-Gamma Experiment v Číně detekovaly fotony s energiemi 100 bilionů elektronvoltů (TeV) z oblasti zkoumané Fermi a VERITAS.

„Tento objekt je již delší dobu zdrojem značného zájmu, ale abychom jej mohli korunovat jako PeVatron, musíme prokázat, že urychluje protony,“ vysvětlila spoluautorka Henrike Fleischhacková z Katolické univerzity ve Washingtonu a Goddardova střediska vesmírných letů NASA v Greenbeltu ve státě Maryland. „Háček je v tom, že elektrony urychlené na několik set TeV mohou produkovat stejné záření. Nyní si myslíme, že jsme s pomocí dvanáctiletých dat z Fermiho laboratoře dokázali, že G106.3+2.7 je skutečně PeVatron,“ dodala Fleischhacková.

A PeVatron isn't a robot from a 1950s sci-fi movie: it's a scientific term, a source for some of the highest-energy particles known to whip across our galaxy.

PeVatrons are notoriously hard to pin down—but our Fermi telescope might be closing in on one: https://t.co/Y0jmfBYRyr pic.twitter.com/BcL1n2hh4J

— NASA (@NASA) August 10, 2022

Pulsar J2229+6114 vyzařuje při rotaci své vlastní záření gama a tato záře dominuje oblasti až do energií několika GeV. Většina této emise se objevuje v první polovině rotace pulzaru. Tým efektivně vypnul pulsar tím, že analyzoval pouze gama záření přicházející z druhé části cyklu. Pod energií 10 GeV není z ohonu pozůstatku žádné významné záření.

Nad touto energií je rušení pulzaru zanedbatelné a dodatečný zdroj se stává snadno patrným. Podrobná analýza týmu v drtivé většině favorizuje PeV protony jako částice pohánějící tuto emisi gama záření.

Zdroj: tech.hindustantimes.com