LHAASO זיהה מאיץ קרני סופר קוסמיות בבועת קרני גמא באזור Cygnus, מסמן התקדמות משמעותית בהבנת קרניים קוסמיות בעלות אנרגיות העולה על 10 PeV ומקורותיהן בתוך שביל החלב. עיבוד של מבנה בועות גמא ענק באנרגיה גבוהה במיוחד. קרדיט: China Media Group
מצפה הכוכבים למקלחת אוויר בגובה רב (LHAASO) גילה מבנה בועות ענק באנרגיה גבוהה במיוחד באזור יצירת כוכבי Cygnus, שזו הפעם הראשונה שמקורן של קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה מ-10 Peta- אלקטרוני וולט (PeV, 1PeV=1015eV) התגלה.
הישג זה פורסם בצורת מאמר שער ב עלון המדע ב-26 בפברואר.
המחקר הושלם על ידי שיתוף הפעולה של LHAASO בראשות פרופ' קאו ג'ן כדובר המכון לפיזיקת אנרגיה גבוהה של האקדמיה הסינית למדעים. ד"ר גאו צ'ואנדונג, ד"ר לי קונג, פרופ' ליו רויו ופרופ' יאנג רואיזי הם המחברים המשותפים של המאמר.
קרניים קוסמיות הן חלקיקים טעונים מהחלל החיצון, המורכבים בעיקר מפרוטונים. מקורן של הקרניים הקוסמיות הוא אחד מבעיות הגבול החשובות ביותר באסטרופיזיקה המודרנית. מדידות של קרניים קוסמיות בעשורים האחרונים גילו שבר סביב 1 PeV בספקטרום האנרגיה (כלומר, התפלגות שפע הקרניים הקוסמיות כפונקציה של אנרגיית החלקיקים), הנקראת "הברך" של ספקטרום האנרגיה של הקרניים הקוסמיות. לצורתו הדומה למפרק הברך.
עיבוד של התפשטות קרניים קוסמיות באנרגיה גבוהה במיוחד בחלל בין כוכבי. קרדיט: China Media Group
מדענים מאמינים שקרניים קוסמיות בעלות אנרגיה נמוכה מ"הברך" מקורן בעצמים אסטרופיזיים בתוך שביל החלב, וגם קיומה של ה"ברך" מעיד על כך שמגבלת האנרגיה להאצת פרוטונים מרוב מקורות הקרניים הקוסמיות בשביל החלב נעה סביב כמה PeV. עם זאת, מקורן של הקרניים הקוסמיות באזור "הברך" הוא עדיין תעלומה בלתי פתורה ואחד הנושאים המסקרנים ביותר בחקר הקרניים הקוסמיות בשנים האחרונות.
גילוי של מאיץ קרני סופר קוסמי
LHAASO גילתה מבנה בועות ענק באנרגיה גבוהה במיוחד באזור יצירת כוכבי Cygnus, עם מספר פוטונים העולה על 1 PeV בתוך המבנה, כשהאנרגיה הגבוהה ביותר מגיעה ל-2.5 PeV, מה שמצביע על נוכחות של מאיץ קרניים סופר קוסמיות בתוך הבועה, שמאיצה ללא הרף חלקיקי קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה באנרגיות של עד 20 PeV ומחדירה אותם לחלל הבין-כוכבי. קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה אלה מתנגשות בגז בין כוכבי ומייצרות קרני גמא. עוצמת הפוטונים של קרני גמא אלו קשורה בבירור להתפלגות הגז שמסביב, וצביר הכוכבים המאסיבי (אסוציאציה OB, Cygnus OB2) ליד מרכז הבועה הוא המועמד המבטיח ביותר למאיץ הקרניים העל קוסמיות. Cygnus OB2 מורכב מכוכבים צעירים, חמים ומסיביים רבים עם טמפרטורות פני השטח העולה על כ-35,000 מעלות צלזיוס (כוכבים מסוג O) ו-15,000 מעלות צלזיוס (כוכבים מסוג B).
מצפה הכוכבים הגדול למקלחת אוויר בגובה רב במחוז דאוצ'נג, מחוז סצ'ואן בדרום מערב סין. קרדיט: China Media Group
בהירות הקרינה של כוכבים אלו היא פי מאות עד מיליוני מזו של השמש, ולחץ הקרינה העצום מעיף את חומר פני השטח של הכוכבים, ויוצרות רוחות כוכבים דינמיות במהירות של עד אלפי קילומטרים לשנייה. ההתנגשות של רוחות כוכבים עם המדיום הבין-כוכבי שמסביב וההתנגשות האלימה בין רוחות כוכבים יצרו אתרים אידיאליים להאצת חלקיקים יעילה. זהו מאיץ הקרניים העל קוסמיות הראשון שזוהה נכון לעכשיו. עם הגדלת זמן התצפית, LHAASO צפוי לזהות יותר מאיצי קרניים קוסמיות על, ובתקווה לפתור את תעלומת מקורן של הקרניים הקוסמיות בשביל החלב.
התצפית של LHAASO גם הראתה שמאיץ הקרניים העל-קוסמיות בתוך הבועה מגדיל באופן משמעותי את צפיפות הקרניים הקוסמיות בחלל הבין-כוכבי שמסביב, ועולה בהרבה מהרמה הממוצעת של קרניים קוסמיות בשביל החלב. ההרחבה המרחבית של עודף הצפיפות אפילו חורגת מטווח הבועות הנצפה, ומספקת הסבר אפשרי לעודף פליטת קרני גמא מפוזרת מהמישור הגלקטי שזוהה בעבר על ידי LHAASO.
פרופ' אלנה אמאטו, אסטרופיזיקאית ידועה מהמכון הלאומי האיטלקי לאסטרופיזיקה (INAF), הדגישה את השפעת התגלית על מקור הקרניים הקוסמיות באופן כללי. היא גם העירה שתוצאות אלה "לא רק משפיעות על ההבנה שלנו לגבי פליטה מפוזרת, אלא יש להן גם השלכות רלוונטיות מאוד על התיאור שלנו של הובלת קרניים קוסמיות (CR) בגלקסיה".
