We kennen allemaal bubbels uit zeepbaden of frisdranken. Deze bubbels van alledaagse ervaringen op aarde zijn tot enkele centimeters in doorsnee, en bestaan ​​uit een dunne film van vloeistof die een klein volume lucht of ander gas omsluit. In de ruimte, echter, er zijn heel verschillende bubbels - samengesteld uit een lichter gas in een zwaardere - en ze kunnen enorm zijn.

Het sterrenstelsel NGC 3079, op ongeveer 67 miljoen lichtjaar van de aarde, bevat twee "superbellen" zoals niets hier op onze planeet. Een paar ballonachtige gebieden strekken zich uit aan weerszijden van het centrum van de melkweg:één is 4, 900 lichtjaar in doorsnede en de andere is slechts iets kleiner, met een diameter van ongeveer 3, 600 lichtjaar. Voor de context, een lichtjaar is ongeveer 6 biljoen mijl, of 9 biljoen kilometer.

De superbellen in NGC 3079 geven licht af in de vorm van röntgenstraling, optische en radio-emissie, waardoor ze detecteerbaar zijn door NASA-telescopen. In deze samengestelde afbeelding Röntgengegevens van NASA's Chandra X-ray Observatory worden weergegeven in paars en optische gegevens van NASA's Hubble-ruimtetelescoop worden weergegeven in oranje en blauw. Een gelabelde versie van de röntgenfoto laat zien dat de bovenste superbel duidelijk zichtbaar is, samen met hints van zwakkere emissie van de onderste superbel.

Nieuwe waarnemingen van Chandra laten zien dat in NGC 3079 een kosmische deeltjesversneller ultra-energetische deeltjes produceert in de randen van de superbellen. Deze deeltjes kunnen veel energieker zijn dan die gemaakt door Europa's Large Hadron Collider (LHC), 's werelds krachtigste door mensen gemaakte deeltjesversneller.

De superbellen in NGC 3079 leveren het bewijs dat zij en soortgelijke structuren de bron kunnen zijn van hoogenergetische deeltjes die 'kosmische straling' worden genoemd en die regelmatig de aarde bombarderen. Schokgolven - vergelijkbaar met sonische knallen veroorzaakt door supersonische vliegtuigen - geassocieerd met exploderende sterren kunnen deeltjes versnellen tot energieën die ongeveer 100 keer groter zijn dan die gegenereerd in de LHC, maar astronomen zijn onzeker over waar nog meer energetische kosmische straling vandaan komt. Dit nieuwe resultaat suggereert dat superbellen een bron kunnen zijn van deze ultra-energetische kosmische straling.

De buitenste regionen van de bellen genereren schokgolven wanneer ze uitzetten en botsen met omringend gas. Wetenschappers denken dat geladen deeltjes in deze schokgolven verstrooien of weerkaatsen op verwarde magnetische velden. net als ballen die terugkaatsen van bumpers in een flipperkast. Wanneer de deeltjes het schokfront passeren, worden ze versneld, alsof ze een trap kregen van de flipper van een flipperkast. Deze energetische deeltjes kunnen ontsnappen en sommige kunnen uiteindelijk de atmosfeer van de aarde treffen in de vorm van kosmische straling.

De hoeveelheid radiogolven of röntgenstralen op verschillende golflengten, of "spectra, " van een van de bellen suggereert dat de bron van de emissie elektronen zijn die spiraalsgewijs rond magnetische veldlijnen draaien, en straling door een proces dat synchrotronstraling wordt genoemd. Dit is het eerste directe bewijs van synchrotronstraling in hoogenergetische röntgenstralen van een superbel ter grootte van een melkwegstelsel. en het vertelt wetenschappers over de maximale energieën die de elektronen hebben bereikt. Het is niet duidelijk waarom synchrotron-emissie wordt gedetecteerd uit slechts één van de bellen.

De radio- en röntgenspectra, samen met de locatie van de röntgenstraling langs de randen van de bellen, impliceren dat de deeltjes die verantwoordelijk zijn voor de röntgenstraling versneld moeten zijn in de schokgolven daar, omdat ze te veel energie zouden hebben verloren terwijl ze vanuit het centrum van de melkweg werden getransporteerd.

De superbubbels van NGC 3079 zijn jongere neven van "Fermi-bubbels, " voor het eerst gelokaliseerd in het Melkwegstelsel in 2010. Astronomen denken dat dergelijke superbellen zich kunnen vormen wanneer processen die verband houden met materie in een superzwaar zwart gat in het centrum van de melkweg vallen, wat leidt tot het vrijkomen van enorme hoeveelheden energie in de vorm van deeltjes en magnetische velden. Superbellen kunnen ook gevormd worden door de wind die uit een groot aantal jonge, massieve sterren.

Een paper dat deze resultaten beschrijft, werd geleid door Jiangtao Li van de Universiteit van Michigan en verschijnt in The . Astrofysisch tijdschrift . Het is ook online beschikbaar. NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, beheert het Chandra-programma voor NASA's Science Mission Directorate in Washington. Het Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, bestuurt Chandra's wetenschappelijke en vliegoperaties.