Ett enormt teleskopkomplex i Tibet har fångat de första bevisen på ultrahögenergigammastrålar spridda över Vintergatan. Fynden ger bevis på att oupptäckta stjärnklara acceleratorer tar fram kosmiska strålar, som har svävat runt vår galax i miljontals år. Forskningen ska publiceras i tidskriften Fysiska granskningsbrev på måndag, 5 april.

"Vi hittade 23 kosmiska gammastrålar med ultrahög energi längs Vintergatan, " sa Kazumasa Kawata, en medförfattare från University of Tokyo. "Den högsta energin bland dem uppgår till ett världsrekord:nästan en petaelectron volt."

Det är tre storleksordningar större än någon känd gammastrålning inducerad av kosmisk strålning – eller någon partikel som människan har accelererat i toppmoderna laboratorier på jorden.

Sedan 1990, dussintals forskare från Kina och Japan har jagat efter den svårfångade högenergiska kosmiska gammastrålningen. Tibet ASγ Collaboration gjorde sin upptäckt med hjälp av nästan 70, 000 kvadratmeter markuppsättningar och underjordiska myondetektorer på den tibetanska platån, sitter mer än 14, 000 fot över havet.

"Forskare tror att gammastrålar med hög energi kan produceras av kärnväxelverkan mellan kosmiska strålar med hög energi som flyr från de mest kraftfulla galaktiska källorna och interstellär gas i Vintergatans galax, sa Huang Jing, en medförfattare från Institute of High Energy Physics, kinesiska vetenskapsakademin.

Chen Ding från National Astronomical Observatories, kinesiska vetenskapsakademin, en annan medförfattare, Lagt till, "Detekteringen av diffusa gammastrålar över 100 teraelektronvolt är en nyckel för att förstå ursprunget till kosmiska strålar med mycket hög energi, som har varit ett mysterium sedan de upptäcktes 1912."

Ballongexperiment identifierade först kosmiska strålar, avslöjar att de var en nyckelkälla för strålning på jorden. Kosmiska strålar är högenergiska partiklar, mestadels protoner, som reser över rymden. Miljontals av dessa partiklar passerar genom din kropp varje dag. (De anses ofarliga.)

Men var kommer kosmiska strålar ifrån?

"Vi lever tillsammans med kosmiska strålmyoner, även om vi vanligtvis inte är känsliga för dem, " sa Kawata. "Är det inte en fantasi att tänka på var och hur dessa kosmiska strålar produceras och accelereras, resa hela vägen till jorden?"

En populär teori hävdar att acceleratorer kända som "PeVatrons" sprider kosmiska strålar med energier upp till en petaelectron volt (PeV). Möjliga PeVatroner inkluderar supernovaexplosioner, stjärnbildande regioner, och det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax.

Än så länge, ingen har upptäckt några sådana acceleratorer. Om PeVatrons finns, deras kosmiska strålar borde lämna spår av glödande gammastrålar utspridda över galaxen. Den nya studien rapporterar det första beviset för denna mycket energiska dis.

"Dessa gammastrålar pekade inte tillbaka till de mest kraftfulla kända högenergikällorna för gammastrålning, men utspridda längs Vintergatan, sa Masato Takita, en medförfattare och kollega till Kawata. "Vår upptäckt bekräftar bevis på förekomsten av PeVatrons."

Forskarna vill nu avgöra om de troliga PeVatronerna är aktiva eller döda.

"Från döda PeVatrons, som är utdöda som dinosaurier, vi kan bara se fotavtrycket – de kosmiska strålarna de producerade under några miljoner år, spridda över den galaktiska skivan, sa Takita.

"Men om vi kan hitta verkliga, aktiva PeVatrons, vi kan studera många fler frågor, ", sa han. "Vilken typ av stjärna sänder ut våra sub-PeV gammastrålar och relaterade kosmiska strålar? Hur kan en stjärna accelerera kosmiska strålar upp till PeV-energier? Hur fortplantar sig strålarna inuti vår galaktiska skiva?"

Andra framtida riktningar inkluderar att leta efter PeVatron-fotspår på södra halvklotet och bekräfta gammastrålningsresultaten med hjälp av neutrinodetektorer i Antarktis och utanför.

Forskningen kan också hjälpa till i jakten på mörk materia. Underjordiska detektorer gjorde det möjligt för forskarna att skära bort bakgrundsljud från kosmisk strålning, avslöjar typen av ren, diffusa gammastrålar som förutspås komma från mörk materia.

"Vi kan minska den kosmiska strålens bakgrund med en faktor på en miljon. Sedan ser vi en gammastrålehimmel med hög renhet, sa Takita.

Den experimentella prestationen flyttar fysiker betydligt närmare att upptäcka var kosmiska strålar föds.

"Detta banbrytande arbete öppnar ett nytt fönster för utforskningen av det extrema universum, ", sa Huang. "Observationsbevisen markerar en viktig milstolpe mot att avslöja kosmiska strålars ursprung, som har förbryllat mänskligheten i mer än ett århundrade."