Met een gespecialiseerde telescoop in Namibië heeft een door DESY geleid team van onderzoekers bewezen dat een bepaald type dubbelster een nieuw soort bron is voor zeer energierijke kosmische gammastraling. Eta Carinae bevindt zich op 7500 lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Carina (de scheepskiel) aan de zuidelijke hemel en, op basis van de verzamelde gegevens, zendt gammastralen uit met energieën tot 400 gigaelektronvolt (GeV), ongeveer 100 miljard keer meer dan de energie van zichtbaar licht. Het team onder leiding van Stefan Ohm van DESY, Eva Leser en Matthias Füßling presenteren haar bevindingen, gemaakt bij het gammastralingsobservatorium High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.), in het journaal Astronomie en astrofysica . Een begeleidende multimedia-animatie legt het fenomeen uit. “Met zulke visualisaties willen we de fascinatie van onderzoek tastbaar maken, " benadrukt DESY's directeur van Astrodeeltjesfysica, Christian Stegmann.

Eta Carinae is een binair systeem van superlatieven, bestaande uit twee blauwe reuzen, een ongeveer 100 keer, de andere ongeveer 30 keer de massa van onze zon. De twee sterren draaien om de 5,5 jaar om elkaar heen in zeer excentrieke elliptische banen, hun scheiding varieert ongeveer tussen de afstand van onze zon tot Mars en van de zon tot Uranus. Beide gigantische sterren werpen dicht, supersonische stellaire winden van geladen deeltjes de ruimte in. In het proces, de grootste van de twee verliest een massa die overeenkomt met onze hele zon in slechts 5000 jaar of zo. De kleinere produceert een snelle stellaire wind met een snelheid van ongeveer elf miljoen kilometer per uur (ongeveer één procent van de snelheid van het licht).

Een enorm schokfront wordt gevormd in het gebied waar deze twee sterrenwinden botsen, het materiaal in de wind opwarmen tot extreem hoge temperaturen. Bij ongeveer 50 miljoen graden Celsius, deze materie straalt helder uit in het röntgenbereik. De deeltjes in de sterrenwind zijn niet heet genoeg om gammastraling uit te zenden, Hoewel. "Echter, schokgebieden zoals deze zijn typisch plaatsen waar subatomaire deeltjes worden versneld door sterk heersende elektromagnetische velden, " legt Ohm uit, wie is het hoofd van de H.E.S.S. groep bij DESY. Wanneer deeltjes zo snel worden versneld, ze kunnen ook gammastraling uitzenden. In feite, de satellieten "Fermi, " geëxploiteerd door de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA, en BESCHIKBAAR, van de Italiaanse ruimtevaartorganisatie ASI, in 2009 al energetische gammastraling tot ongeveer 10 GeV van Eta Carinae gedetecteerd.

"Er zijn verschillende modellen voorgesteld om uit te leggen hoe deze gammastraling wordt geproduceerd, Füßling meldt. "Het kan worden gegenereerd door versnelde elektronen of door atoomkernen met hoge energie." een subatomaire kosmische hagelstorm die de aarde constant vanuit alle richtingen treft. Ondanks intensief onderzoek gedurende meer dan 100 jaar, de bronnen van de Kosmische Stralen zijn nog steeds niet uitputtend bekend. Aangezien de elektrisch geladen atoomkernen worden afgebogen door kosmische magnetische velden terwijl ze door het universum reizen, de richting van waaruit ze bij de aarde aankomen, wijst niet langer terug naar hun oorsprong. Kosmische gammastraling, anderzijds, worden niet afgebogen. Dus, als kan worden aangetoond dat de gammastraling die door een specifieke bron wordt uitgezonden afkomstig is van hoogenergetische atoomkernen, een van de lang gezochte versnellers van kosmische deeltjesstraling zal zijn geïdentificeerd.

"In het geval van Eta Carinae, elektronen hebben het bijzonder moeilijk om versneld te worden tot hoge energieën, omdat ze tijdens hun versnelling voortdurend worden afgebogen door magnetische velden, waardoor ze weer energie verliezen, ", zegt Leser. "Zeer energierijke gammastraling begint boven het 100 GeV-bereik, wat in Eta Carinae nogal moeilijk uit te leggen is dat het voortkomt uit elektronenversnelling." De satellietgegevens gaven al aan dat Eta Carinae ook gammastraling uitstraalt van meer dan 100 GeV, en H.E.S.S. is er nu in geslaagd om dergelijke straling tot energieën van 400 GeV te detecteren rond de tijd van de nauwe ontmoeting van de twee blauwe reuzen in 2014 en 2015. Dit maakt de dubbelster het eerste bekende voorbeeld van een bron waarin zeer hoogenergetische gammastraling wordt gegenereerd door botsende sterrenwinden.

"De analyse van de gammastralingsmetingen van H.E.S.S. en de satellieten laat zien dat de straling het best kan worden geïnterpreteerd als het product van snel versnelde atoomkernen, " zegt DESY's promovendus Ruslan Konno, die een begeleidende studie heeft gepubliceerd, samen met wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Kernfysica in Heidelberg. "Dit zou de schokgebieden van botsende stellaire winden tot een nieuw type natuurlijke deeltjesversneller voor kosmische straling maken." Met H.E.S.S., die is vernoemd naar de ontdekker van Kosmische Stralen, Victor Frans Hess, en de aanstaande Cherenkov Telescope Array (CTA), het gammastralingsobservatorium van de volgende generatie dat momenteel in de Chileense hooglanden wordt gebouwd, de wetenschappers hopen dit fenomeen nader te onderzoeken en meer van dit soort bronnen te ontdekken.

Dankzij gedetailleerde waarnemingen van Eta Carinae op alle golflengten, de eigenschappen van de sterren, hun banen en sterrenwinden zijn relatief nauwkeurig bepaald. Dit heeft astrofysici een beter beeld gegeven van het dubbelstersysteem en zijn geschiedenis. Om de nieuwe waarnemingen van Eta Carinae te illustreren, de DESY-astrofysici hebben samen met de animatiespecialisten van het bekroonde Science Communication Lab een video-animatie gemaakt. De door de computer gegenereerde beelden liggen dicht bij de werkelijkheid omdat de gemeten orbitaal, Hiervoor werden sterren- en windparameters gebruikt. De internationaal befaamde multimediakunstenaar Carsten Nicolai, die het pseudoniem Alva Noto gebruikt voor zijn muziekwerken, creëerde het geluid voor de animatie.

"Ik vind wetenschap en wetenschappelijk onderzoek enorm belangrijk, " zegt Nicolai, die nauwe parallellen ziet in het creatieve werk van kunstenaars en wetenschappers. Voor hem, de aantrekkingskracht van dit werk lag ook in de artistieke bemiddeling van wetenschappelijke onderzoeksresultaten:"met name het feit dat het geen filmsoundtrack is, maar heeft een oprechte verwijzing naar de werkelijkheid, benadrukt de muzikant en artiest. Samen met het exclusief gecomponeerde geluid, deze unieke samenwerking van wetenschappers, animatiekunstenaars en muzikant heeft geresulteerd in een multimediaal werk dat de kijker meeneemt op een buitengewone reis naar een overtreffende trap van een dubbelster op zo'n 7500 lichtjaar afstand.