Vi känner alla bubblor från tvålbad eller läsk. Dessa bubblor av vardagsupplevelse på jorden är upp till några centimeter i diameter, och består av en tunn film av vätska som omsluter en liten volym luft eller annan gas. I rymden, dock, det finns väldigt olika bubblor – som består av en lättare gas inuti en tyngre – och de kan vara enorma.

Galaxen NGC 3079, ligger cirka 67 miljoner ljusår från jorden, innehåller två "superbubblor" som inte liknar något här på vår planet. Ett par ballongliknande områden sträcker sig ut på motsatta sidor av galaxens centrum:en är 4, 900 ljusår i diameter och den andra är bara något mindre, med en diameter på ca 3, 600 ljusår. För sammanhanget, ett ljusår är ungefär 6 biljoner miles, eller 9 biljoner kilometer.

Superbubblorna i NGC 3079 avger ljus i form av röntgenstrålar, optisk och radiostrålning, vilket gör dem upptäckbara med NASA-teleskop. I denna sammansatta bild, Röntgendata från NASA:s Chandra X-ray Observatory visas i lila och optiska data från NASA:s Hubble Space Telescope visas i orange och blått. En märkt version av röntgenbilden visar att den övre superbubblan är tydligt synlig, tillsammans med inslag av svagare emission från den nedre superbubblan.

Nya observationer från Chandra visar att i NGC 3079 producerar en kosmisk partikelaccelerator ultraenergiska partiklar i superbubblornas kanter. Dessa partiklar kan vara mycket mer energiska än de som skapas av Europas Large Hadron Collider (LHC), världens mest kraftfulla människotillverkade partikelaccelerator.

Superbubblorna i NGC 3079 ger bevis på att de och strukturer som dem kan vara källan till högenergipartiklar som kallas "kosmiska strålar" som regelbundet bombarderar jorden. Chockvågor – liknande ljudboom orsakade av överljudsplan – associerade med exploderande stjärnor kan accelerera partiklar upp till energier som är ungefär 100 gånger större än de som genereras i LHC, men astronomer är osäkra på var ännu mer energiska kosmiska strålar kommer ifrån. Detta nya resultat tyder på att superbubblor kan vara en källa till dessa ultraenergetiska kosmiska strålar.

De yttre områdena av bubblorna genererar stötvågor när de expanderar och kolliderar med omgivande gas. Forskare tror att laddade partiklar sprider eller studsar av trassliga magnetfält i dessa stötvågor, ungefär som bollar som studsar från stötfångare i ett flipperspel. När partiklarna passerar stötfronten accelereras de, som om de fick en spark från ett flipperspels flipper. Dessa energirika partiklar kan fly och vissa kan så småningom träffa jordens atmosfär i form av kosmiska strålar.

Mängden radiovågor eller röntgenstrålar vid olika våglängder, eller "spektra, " av en av bubblorna tyder på att källan till emissionen är elektroner som spirar runt magnetfältlinjer, och strålar genom en process som kallas synkrotronstrålning. Detta är det första direkta beviset för synkrotronstrålning i högenergiröntgenstrålar från en superbubbla i galaxstorlek, och den berättar för forskarna om de maximala energierna som elektronerna har uppnått. Det är inte förstått varför synkrotronemission detekteras från endast en av bubblorna.

Radio- och röntgenspektra, tillsammans med platsen för röntgenstrålningen längs bubblornas kanter, antyda att partiklarna som ansvarar för röntgenstrålningen måste ha accelererats i stötvågorna där, eftersom de skulle ha förlorat för mycket energi när de transporterades från galaxens centrum.

NGC 3079:s superbubblor är yngre kusiner till "Fermi bubblor, " placerades först i Vintergatans galax 2010. Astronomer tror att sådana superbubblor kan bildas när processer associerade med materia faller in i ett supermassivt svart hål i mitten av galaxen, vilket leder till att enorma mängder energi frigörs i form av partiklar och magnetfält. Superbubblor kan också skulpteras av vindar som flödar från ett stort antal ungar, massiva stjärnor.

En artikel som beskrev dessa resultat leddes av Jiangtao Li från University of Michigan och visas i The Astrofysisk tidskrift . Den finns också tillgänglig online. NASA:s Marshall Space Flight Center i Huntsville, Alabama, hanterar Chandra-programmet för NASA:s Science Mission Directorate i Washington. Smithsonian Astrophysical Observatory i Cambridge, Massachusetts, kontrollerar Chandras vetenskap och flygverksamhet.