Een enorm telescoopcomplex in Tibet heeft het eerste bewijs gevonden van ultrahoge-energetische gammastraling die zich over de Melkweg verspreidt. De bevindingen bieden het bewijs dat niet-gedetecteerde sterrenversnellers kosmische straling produceren, die al miljoenen jaren rond ons melkwegstelsel zweven. Het onderzoek wordt gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven op maandag, 5 april

"We vonden 23 ultrahoge-energetische kosmische gammastralen langs de Melkweg, " zei Kazumasa Kawata, een co-auteur van de Universiteit van Tokio. "De hoogste energie onder hen komt neer op een wereldrecord:bijna één peta-elektronvolt."

Dat is drie ordes van grootte groter dan alle bekende door kosmische straling geïnduceerde gammastraling - of welk deeltje dan ook dat mensen hebben versneld in ultramoderne laboratoria op aarde.

Sinds 1990, tientallen onderzoekers uit China en Japan hebben gejaagd op de ongrijpbare hoogenergetische kosmische gammastraling. De Tibet ASγ-samenwerking deed zijn ontdekking met behulp van bijna 70, 000 vierkante meter grondarrays en ondergrondse muondetectoren op het Tibetaanse plateau, zittend meer dan 14, 000 voet boven zeeniveau.

"Wetenschappers geloven dat hoogenergetische gammastraling kan worden geproduceerd door de nucleaire interactie tussen hoogenergetische kosmische stralen die ontsnappen uit de krachtigste galactische bronnen en interstellair gas in het Melkwegstelsel, " zei Huang Jing, een co-auteur van het Institute of High Energy Physics, Chinese Wetenschapsacademie.

Chen Ding van de National Astronomical Observatories, Chinese Wetenschapsacademie, een andere co-auteur, toegevoegd, "De detectie van diffuse gammastralen boven 100 tera-elektronvolt is een sleutel tot het begrijpen van de oorsprong van zeer hoogenergetische kosmische straling, wat een mysterie is sinds hun ontdekking in 1912."

Ballonexperimenten identificeerden voor het eerst kosmische straling, onthullend dat ze een belangrijke bron van straling op aarde waren. Kosmische stralen zijn zeer energetische deeltjes, meestal protonen, die door de ruimte reizen. Miljoenen van deze deeltjes gaan elke dag door je lichaam. (Ze worden als ongevaarlijk beschouwd.)

Maar waar komen kosmische straling vandaan?

"We leven samen met kosmische muonen, hoewel we er meestal niet gevoelig voor zijn, "zei Kawata. "Is het geen fantasie om te bedenken waar en hoe deze kosmische stralen worden geproduceerd en versneld, helemaal naar de aarde reizen?"

Een populaire theorie stelt dat versnellers bekend als "PeVatrons" kosmische straling spuwen met energieën tot één peta-elektron volt (PeV). Mogelijke PeVatrons zijn onder meer supernova-explosies, stervormingsgebieden, en het superzware zwarte gat in het centrum van onze melkweg.

Tot dusver, niemand heeft dergelijke versnellers ontdekt. Als PeVatrons bestaan, hun kosmische straling zou sporen van gloeiende gammastraling over de melkweg moeten achterlaten. De nieuwe studie rapporteert het eerste bewijs van deze zeer energieke waas.

"Deze gammastralen wezen niet terug op de krachtigste bekende hoogenergetische gammastralingsbronnen, maar verspreid langs de Melkweg, " zei Masato Takita, een co-auteur en collega van Kawata. "Onze ontdekking bevestigt het bewijs van het bestaan ​​van PeVatrons."

De onderzoekers willen nu bepalen of de vermoedelijke PeVatrons actief of dood zijn.

"Van dode PeVatrons, die zijn uitgestorven zoals dinosaurussen, we kunnen alleen de voetafdruk zien - de kosmische straling die ze gedurende een paar miljoen jaar hebben geproduceerd, verspreid over de galactische schijf, ' zei Takita.

"Maar als we echte kunnen vinden, actieve PeVatrons, we kunnen nog veel meer vragen bestuderen, " zei hij. "Welk type ster zendt onze sub-PeV-gammastralen en verwante kosmische straling uit? Hoe kan een ster kosmische straling versnellen tot PeV-energieën? Hoe planten de stralen zich voort in onze galactische schijf?"

Andere toekomstige richtingen zijn onder meer het zoeken naar PeVatron-voetafdrukken op het zuidelijk halfrond en het bevestigen van de gammastralingsresultaten met behulp van neutrino-detectoren op Antarctica en daarbuiten.

Het onderzoek kan ook helpen bij de zoektocht naar donkere materie. Met ondergrondse detectoren konden de onderzoekers achtergrondgeluiden van kosmische straling wegsnijden, het onthullen van het soort pure, diffuse gammastraling waarvan wordt voorspeld dat ze afkomstig zijn van donkere materie.

"We kunnen de achtergrond van de kosmische straling met een factor een miljoen verminderen. Dan zien we een zeer zuivere gammastraling, ' zei Takita.

De experimentele prestatie brengt natuurkundigen aanzienlijk dichter bij het ontdekken waar kosmische straling wordt geboren.

"Dit baanbrekende werk opent een nieuw venster voor de verkenning van het extreme universum, " zei Huang. "Het waarnemingsbewijs markeert een belangrijke mijlpaal in de richting van het onthullen van de oorsprong van de kosmische straling, die de mensheid al meer dan een eeuw in verwarring brengen."