De nachtelijke hemel lijkt sereen, maar telescopen vertellen ons dat het heelal gevuld is met botsingen en explosies. ver, gewelddadige gebeurtenissen signaleren hun aanwezigheid door licht en deeltjes in alle richtingen te spuwen. Wanneer deze boodschappers de aarde bereiken, wetenschappers kunnen ze gebruiken om de lucht vol actie in kaart te brengen, helpen om de vluchtige processen die diep in de ruimte plaatsvinden beter te begrijpen.

Voor de eerste keer, een internationale samenwerking van wetenschappers heeft zeer energetisch licht gedetecteerd dat afkomstig is uit de buitenste regionen van een ongewoon sterrenstelsel in ons eigen melkwegstelsel. De bron is een microquasar - een zwart gat dat dingen van een nabijgelegen begeleidende ster opslokt en twee krachtige stralen materiaal uitblaast. De observaties van het team, beschreven in de 4 oktober, 2018 nummer van het tijdschrift Natuur , suggereren sterk dat elektronenversnelling en botsingen aan de uiteinden van de jets van de microquasar de krachtige gammastralen produceerden. Wetenschappers denken dat het bestuderen van boodschappers van deze microquasar een glimp kan bieden van meer extreme gebeurtenissen die plaatsvinden in de centra van verre sterrenstelsels.

Het team verzamelde gegevens van het High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC), dat is een detector die is ontworpen om te kijken naar gammastraling afkomstig van astronomische objecten zoals supernovaresten, quasars en roterende dichte sterren die pulsars worden genoemd. Nutsvoorzieningen, het team heeft een van de meest bekende microquasars bestudeerd, genaamd SS 433, dat is ongeveer 15, 000 lichtjaar verwijderd van de aarde. Wetenschappers hebben ongeveer een dozijn microquasars in onze melkweg gezien en slechts een paar ervan lijken hoogenergetische gammastraling uit te zenden. Met de nabijheid en oriëntatie van SS 433, wetenschappers hebben een zeldzame kans om buitengewone astrofysica te observeren.

"SS 433 is in onze buurt en dus, met behulp van HAWC's unieke brede gezichtsveld, we waren in staat om beide microquasar-deeltjesversnellingslocaties op te lossen, " zei Jordan Goodman, een Distinguished University Professor aan de University of Maryland en hoofdonderzoeker en woordvoerder van de VS voor de HAWC-samenwerking. "Door onze waarnemingen te combineren met multi-golflengte en multi-messenger data van andere telescopen, we kunnen ons begrip van deeltjesversnelling in SS 433 en zijn reus verbeteren, extragalactische neven, quasars genoemd."

Quasars zijn enorme zwarte gaten die materiaal uit de centra van sterrenstelsels aanzuigen, in plaats van zich te voeden met een enkele ster. Ze verdrijven actief straling, die vanuit het hele universum te zien is. Maar ze zijn zo ver weg dat de meeste bekende quasars zijn ontdekt omdat hun jets op de aarde zijn gericht - alsof je een zaklamp direct op je ogen hebt gericht. In tegenstelling tot, De jets van de SS 433 zijn van de aarde af gericht en HAWC heeft gelijkaardig energetisch licht gedetecteerd dat van de kant van de microquasar komt.

Waar ze ook vandaan komen, gammastralen reizen in een rechte lijn naar hun bestemming. Degenen die bij de aarde aankomen, botsen met moleculen in de atmosfeer, het creëren van nieuwe deeltjes en laagenergetische gammastraling. Elk nieuw deeltje valt dan in meer dingen, het creëren van een deeltjesregen terwijl het signaal naar de grond stroomt.

HAWC, gelegen op ongeveer 13, 500 voet boven zeeniveau bij de Sierra Negra-vulkaan in Mexico, is perfect gelegen om de snel bewegende deeltjesregen op te vangen. De detector bestaat uit meer dan 300 tanks met water, die elk ongeveer 24 voet in diameter zijn. Wanneer de deeltjes het water raken, bewegen ze snel genoeg om een ​​schokgolf van blauw licht te produceren die Cherenkov-straling wordt genoemd. Speciale camera's in de tanks detecteren dit licht, waardoor wetenschappers het oorsprongsverhaal van de gammastralen kunnen bepalen.

De HAWC-samenwerking onderzocht 1, 017 dagen aan gegevens en zag bewijs dat gammastralen afkomstig waren van de uiteinden van de microquasar's jets, in plaats van het centrale deel van het sterrenstelsel. Op basis van hun analyse, de onderzoekers concludeerden dat elektronen in de jets energieën bereiken die ongeveer duizend keer hoger zijn dan kan worden bereikt met aardgebonden deeltjesversnellers, zoals de grote Hadron Collider ter grootte van een stad, gelegen langs de grens tussen Frankrijk en Zwitserland. De elektronen van de jets botsen met de laagenergetische microgolfachtergrondstraling die de ruimte doordringt, resulterend in gammastraling. Dit is een nieuw mechanisme voor het genereren van hoogenergetische gammastraling in dit type systeem en is anders dan wat wetenschappers hebben waargenomen wanneer de jets van een object op de aarde zijn gericht.

Ke Fang, een co-auteur van de studie en voormalig postdoctoraal onderzoeker aan het Joint Space-Science Institute, een samenwerking tussen UMD en NASA's Goddard Space Flight Center, zei dat deze nieuwe meting van cruciaal belang is om te begrijpen wat er gaande is in SS 433.

"Kijken naar slechts één soort licht afkomstig van SS 433 is alsof je alleen de staart van een dier ziet, " zei Fang, die momenteel een Einstein Fellow is aan de Stanford University. "Dus, we combineren al zijn signalen, van energiezuinige radio tot röntgenstraling, met nieuwe energierijke gammastralingswaarnemingen, om erachter te komen wat voor soort beest SS 433 werkelijk is."

Tot nu, instrumenten hadden niet waargenomen dat SS 433 zulke hoogenergetische gammastraling uitstraalde. Maar HAWC is ontworpen om zeer gevoelig te zijn voor dit extreme deel van het lichtspectrum. De detector heeft ook een breed gezichtsveld dat voortdurend naar de hele lucht boven het hoofd kijkt. De samenwerking gebruikte deze mogelijkheden om de structurele kenmerken van de microquasar op te lossen.

"SS 433 is een ongewoon sterrenstelsel en elk jaar komt er iets nieuws over uit, " zei Segev BenZvi, een andere co-auteur van de studie en een assistent-professor natuurkunde aan de Universiteit van Rochester. "Deze nieuwe waarneming van hoogenergetische gammastraling bouwt voort op bijna 40 jaar metingen van een van de vreemdste objecten in de Melkweg. Elke meting geeft ons een ander stukje van de puzzel, en we hopen onze kennis te gebruiken om meer te weten te komen over de quasar-familie als geheel."