Cassiopeia A is een beroemd supernova-overblijfsel, het product van een gigantische explosie van een massieve ster ongeveer 350 jaar geleden. Hoewel 50 jaar geleden ontdekt in radio-observaties, we weten nu dat de uitgezonden straling zich uitstrekt van radio tot hoogenergetische gammastraling. Het is ook een van de weinige overblijfselen waarvan de geboortedatum en het type supernova bekend zijn. Het was een type IIb, het resultaat van een kerninstorting supernova explosie. De precieze kennis van zijn aard maakt Cassiopeia A een van de meest interessante en onderzochte objecten aan de hemel, en vooral, de studie van de verbinding met kosmische straling, subatomaire deeltjes die de melkweg vullen met energieën die hoger zijn dan alles wat haalbaar is in laboratoria op aarde.

Het zeer hoogenergetische deel van het spectrum van Cassiopeia A is het resultaat van kosmische straling (elektronen of protonen) in het overblijfsel. Tot nu, dit energiebereik kon niet met voldoende precisie worden gemeten om de oorsprong ervan vast te stellen. Gevoelige waarnemingen boven 1 Tera-elektronvolt (TeV) waren vereist, maar het bereiken ervan was ontmoedigend. Een internationaal team onder leiding van wetenschappers van het Institute for Space Sciences en medewerkers heeft eindelijk dergelijke waarnemingen bereikt met de Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov (MAGIC)-telescoop. De onderzoekers hebben tussen december 2014 en oktober 2016 meer dan 160 uur aan data geregistreerd, onthullend dat Cassiopeia A een versneller is van massieve deeltjes, meestal waterstofkernen (protonen). Echter, zelfs als die deeltjes 100 keer energieker zijn dan die in kunstmatige versnellers, hun energie is niet hoog genoeg om de kosmische straling die onze melkweg vult te verklaren.

"Cassiopeia A is het perfecte object om een ​​PeVatron te zijn, dat is, een versneller van deeltjes tot PeV-energieën (1 PeV =1.000 TeV). Het is jong, Helder, met een schokgolf die zich met grote snelheid uitbreidt en met zeer grote magnetische velden die kosmische straling kunnen versnellen tot ten minste 100 of 200 tera-elektronvolt, " zegt Emma de Oña Wilhelmi, wetenschapper van CSIC in het Institute for Space Sciences, "Maar in tegenstelling tot wat we hadden verwacht, in Cassiopeia A, de deeltjesenergieën bereiken niet meer dan enkele tientallen tera-elektronvolts. Bij deze energieën de straling daalt plotseling en de emissie stopt abrupt. Ofwel kan het overblijfsel de deeltjes niet versnellen naar hogere energieën, die onze kennis van schokversnelling uitdagen, of misschien ontsnapten de snelsten snel aan de schok, laat alleen de langzaamste voor ons om te observeren, " zegt Daniël Guberman, aan het Institut de Fisica d'Altes Energies.

"Die supernova's zijn natuurlijke versnellers van deeltjes. ze zijn het perfecte laboratorium om geladen deeltjes en plasma te bestuderen in omstandigheden die niet mogelijk zijn in onze laboratoria op aarde, ", zegt Daniel Galindo van de Universiteit van Barcelona. "Om de oorsprong van de kosmische straling te begrijpen, moet de oorsprong van onze eigen melkweg worden onthuld, " concludeert Razmik Mirzoyan, MAGIC-woordvoerder van het Max Planck Institute for Physics (MPP) in München (Duitsland).

De MAGIC-telescopen bevinden zich op het observatorium Roque de los Muchachos, op La Palma (Canarische Eilanden). MAGIE, een systeem van twee Cherenkov-telescopen met een diameter van 17 m, is momenteel een van de drie belangrijkste atmosferische Cherenkov-instrumenten ter wereld. Het is ontworpen om fotonen te detecteren die tientallen miljarden tot tientallen biljoenen keer energieker zijn dan zichtbaar licht. MAGIC gebruikt ook een nieuwe techniek om het effect van het maanlicht in de camera te verminderen, waardoor observaties mogelijk zijn tijdens gemodereerde maanlichtnachten.