China's Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) - een van de belangrijkste nationale wetenschappelijke en technologische infrastructuurfaciliteiten van het land - heeft een tiental ultrahoge-energie (UHE) kosmische versnellers in de Melkweg gevonden. Het heeft ook fotonen gedetecteerd met energieën van meer dan 1 peta-elektron-volt (quadrillion elektron-volt of PeV), waaronder een op 1,4 PeV. Dit laatste is het foton met de hoogste energie dat ooit is waargenomen.

Deze bevindingen doen het traditionele begrip van de Melkweg teniet en openen een tijdperk van UHE-gamma-astronomie. Deze waarnemingen zullen mensen ertoe aanzetten het mechanisme te heroverwegen waarmee hoogenergetische deeltjes worden gegenereerd en verspreid in de Melkweg, en zal mensen aanmoedigen om diepere gewelddadige hemelverschijnselen en hun fysieke processen te onderzoeken, evenals fundamentele fysieke wetten onder extreme omstandigheden te testen.

Deze ontdekkingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Natuur op 17 mei. De LHAASO Internationale Samenwerking, die wordt geleid door het Institute of High Energy Physics (IHEP) van de Chinese Academie van Wetenschappen, deze studie afgerond.

Het LHAASO Observatorium is nog in aanbouw. De kosmische versnellers - bekend als PeVatrons omdat ze deeltjes versnellen tot het PeV-bereik - en PeV-fotonen werden ontdekt met behulp van de eerste helft van de detectiereeks, die eind 2019 werd voltooid en in 2020 11 maanden in bedrijf was.

Fotonen met energieën van meer dan 1 PeV werden gedetecteerd in een zeer actief stervormingsgebied in het sterrenbeeld Cygnus. LHAASO detecteerde ook 12 stabiele gammastralingsbronnen met energieën tot ongeveer 1 PeV en significantie van de fotonsignalen zeven standaarddeviaties groter dan de omringende achtergrond. Deze bronnen bevinden zich op posities in ons melkwegstelsel die met een nauwkeurigheid beter dan 0,3° kunnen worden gemeten. Ze zijn de helderste gammastralingsbronnen van de Melkweg in het gezichtsveld van LHAASO.

Hoewel de verzamelde gegevens van de eerste 11 maanden van de operatie alleen mensen toestonden om die bronnen te observeren, ze zenden allemaal zogenaamde UHE-fotonen uit, d.w.z., gammastraling boven 0,1 PeV. De resultaten laten zien dat de Melkweg vol zit met PeVatrons, terwijl de grootste versneller op aarde (LHC bij CERN) deeltjes alleen kan versnellen tot 0,01 PeV. Wetenschappers hebben al vastgesteld dat kosmische stralingsversnellers in de Melkweg een energielimiet hebben. Tot nu, de voorspelde limiet was ongeveer 0,1 PeV, wat leidt tot een natuurlijke afsnijding van het gammastralingsspectrum daarboven.

Maar de ontdekking van LHAASO heeft deze "limiet, " omdat de spectra van de meeste bronnen niet zijn afgekapt. Deze bevindingen luiden een tijdperk in voor UHE-gamma-astronomische observatie. Ze tonen aan dat niet-thermische straling hemellichamen, zoals jonge massieve sterrenhopen, supernovaresten, pulsar-windnevels enzovoort - vertegenwoordigd door Cygnus-stervormingsgebieden en de Krabnevel - zijn de beste kandidaten voor het vinden van UHE-kosmische straling in de Melkweg.

Door UHE-gamma-astronomie, een eeuwenoud mysterie - de oorsprong van kosmische straling - kan binnenkort worden opgelost. LHAASO zal wetenschappers ertoe aanzetten om de mechanismen van de versnelling en voortplanting van hoge energiekosmische straling in de Melkweg te heroverwegen. Het zal wetenschappers ook in staat stellen om extreme astrofysische verschijnselen en de bijbehorende processen te onderzoeken, waardoor onderzoek van de basiswetten van de fysica onder extreme omstandigheden mogelijk wordt.