211service.com
Krabbetåken sprengte nettopp jorden med de høyeste energifotonene som noen gang er registrert
Krabbetåken NASA
Det tibetanske platået er en stor forhøyet slette nesten fem kilometer over havet, noen ganger kalt verdens tak. Det grenser i sør av verdens høyeste fjellkjede og i nord av ørkenland. Det er et av de mest isolerte stedene på jorden.
Men den ekstreme høyden gjør det til et nyttig sted for forskere. I 1990 bygde de et observatorium her for å studere regnbygene av subatomære partikler som regner ned fra den øvre atmosfæren hver gang den blir truffet av en høyenergisk kosmisk stråle. Dette arbeidet gjøres bedre i stor høyde fordi det er mindre atmosfære for å absorbere partiklene.
Siden den gang har den såkalte Tibet Air Shower Array registrert et stort antall høyenergiske kosmiske stråler, partikler akselerert til enorme energier av astrofysiske fenomener som supernovaer, aktive galaktiske kjerner og mystiske ennå uidentifiserte kilder.
Men matrisen fanger også opp luftdusjer forårsaket av en annen kilde - høyenergifotoner. Disse mystiske fotonene er også skapt av astrofysiske fenomener som samspillet mellom høyenergipartikler og den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Følgelig kan de gi et unikt innblikk i disse prosessene og miljøene de foregår i.
I løpet av årene har Tibet Air Shower Array oppdaget mange av disse fotonene med energier opp til dusinvis av teraelektronvolt (TeV 1012). Det tilsvarer omtrent de høyeste energifotonene som kan skapes på jorden. Men ingen har noen gang observert kraftigere fotoner.
Inntil nå. I dag sier forskere fra Tibet Air Shower Gamma Collaboration at de har observert fotoner med energier over 100 TeV for første gang, inkludert et bemerkelsesverdig foton med en energi på nesten 500 TeV. Dette enkeltfotonet har omtrent samme energi som en fallende ping-pongball og er det høyeste energifotonet som noen gang er registrert.
Samarbeidet har også funnet ut hvor disse fotonene kommer fra: Krabbetåken, restene av en supernova som først ble observert i 1054 e.Kr. i Perseus Arm of the Milky Way, rundt 6500 lysår fra Jorden.
I sentrum av denne tåken er en pulsar, en nøytronstjerne som spinner med en hastighet på 30 ganger i sekundet og sender ut elektromagnetiske pulser over et bredt frekvensområde. Selv om Krabbetåken ikke er synlig for det blotte øye – den har omtrent samme lysstyrke som Saturns måne Titan – er den den lyseste kilden på nattehimmelen av røntgen- og gammastråler med energier over 30 KeV.
Det gjør det av betydelig interesse for astronomer. Et spørsmål som fascinerer dem er hvor energiske disse fotonene kan bli og hva fordelingen av fotonenergier forteller dem om forholdene inne i tåken.
Fotoner av denne energien antas å være skapt av en prosess kjent som invers Compton-spredning. Dette skjer når en høyenergipartikkel overfører energien sin til et foton. Når det gjelder Krabbetåken, er høyenergipartiklene sannsynligvis elektroner og protoner akselerert av sjokkbølger i de kraftige magnetfeltene som omgir pulsaren. Dette gir dem energier i sub-petaelectronvolt (1015) området.
Til sammenligning har Large Hadron Collider, verdens kraftigste partikkelakselerator, en kollisjonsenergi på 14 TeV.
Disse partiklene overfører deretter energien sin til fotoner som er igjen fra Big Bang, kalt den kosmiske mikrobølgebakgrunnen, og gir dem hundrevis av TeV. Dette er fotonene som oppdages av Tibet Air Shower Array. Dette er den første påvisningen av fotonene med høyest energi utover 100 TeV fra en astrofysisk kilde, og åpner dermed opp sub-PeV-vinduet i astronomi, sier de.
Dette avslører nøyaktig hva slags forhold som må eksistere inne i tåken. Spesielt avslører den størrelsen på sjokkbølgene som passerer gjennom magnetfeltet. Og det i sin tur skinner litt lys på prosessene som må generere disse sjokkbølgene.
Ulike teorier spår en grense for energien fotoner kan få på denne måten. Men Tibet-samarbeidet har ikke funnet noen tegn til det så langt. Det kan være at fotoner med eksaelektronvolt (1018) produseres på denne måten. I så fall ville et enkelt foton ha energien til en luftgeværkule. I 1991 målte fysikere en kosmisk stråle med en energi på 300 EeV, den såkalte Oh-My-God-partikkelen, den høyeste energipartikkelen som noen gang er registrert.
Men først vil det være behov for ytterligere bevis fra Tibet-samarbeidet og andre grupper for å hjelpe til med å finjustere astrofysiske teorier om nøyaktig hva som foregår inne i disse mest ekstreme miljøene i universet.
Ref: https://arxiv.org/abs/1906.05521 : Første påvisning av fotoner med energi over 100 TeV fra en astrofysisk kilde