Denna sammansatta bild av krabbnebulosan sammanställdes med godtycklig färgskalning genom att kombinera data från fem teleskop som spänner över nästan hela det elektromagnetiska spektrumet:radioemissionen som representerar vinden av laddade partiklar från den centrala neutronstjärnan i rött (från Karl G. Jansky Very) Large Array), det infraröda inklusive skenet från dammpartiklar som absorberar ultraviolett och synligt ljus i gult (från Spitzer Space Telescope), bilden med synligt ljus som visar de heta trådstrukturerna i grönt (från Hubble Space Telescope), den ultravioletta bilden i blått och röntgenbilden i lila som visar effekten av ett energiskt moln av elektroner (från XMM-Newton Observatory och Chandra X-ray Observatory). Kredit:NASA / ESA / NRAO / AUI / NSF och G. Dubner (University of Buenos Aires)
Ursprunget till kosmiska strålar, högenergipartiklar från yttre rymden som ständigt påverkar jorden, är bland de mest utmanande öppna frågorna inom astrofysik. Nu publiceras ny forskning i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society kastar nytt ljus över de energiska partiklarnas ursprung.
Upptäcktes för mer än 100 år sedan och ansågs vara en potentiell hälsorisk för flygplansbesättningar och astronauter, kosmiska strålar tros produceras av chockvågor, t.ex. de som härrör från supernova -explosioner. De mest energiska kosmiska strålarna som sträcker sig över universum bär 10 till 100 miljoner gånger den energi som genereras av partikelkolliderare som Large Hadron Collider vid CERN.
Krabbnebulosan, resterna av en supernovaexplosion som observerades nästan 1, 000 år sedan år 1054 e.Kr. är ett av de bäst studerade föremålen i astronomins historia och en känd källa till kosmiska strålar. Den avger strålning över hela det elektromagnetiska spektrumet, från gammastrålar, ultraviolett och synligt ljus, till infraröda och radiovågor. Det mesta av det vi ser kommer från mycket energirika partiklar (elektroner), och astrofysiker kan konstruera detaljerade modeller för att försöka reproducera den strålning som dessa partiklar avger.
Den nya studien, av Federico Fraschetti vid University of Arizona, USA, och Martin Pohl vid University of Potsdam, Tyskland, avslöjar att den elektromagnetiska strålningen som strömmar från krabbnebulosan kan ha sitt ursprung på ett annat sätt än vad forskare traditionellt har trott:Hela strålningszoon kan potentiellt förenas och uppstå från en enda population av elektroner, en hypotes som tidigare ansetts omöjlig.
Enligt den allmänt accepterade modellen, när partiklarna når en chockgräns, de studsar fram och tillbaka många gånger på grund av den magnetiska turbulensen. Under denna process får de energi – på liknande sätt som en tennisboll som studsar mellan två racketar som stadigt rör sig närmare varandra – och skjuts närmare och närmare ljusets hastighet. En sådan modell följer en idé som introducerades av den italienske fysikern Enrico Fermi 1949.
"De nuvarande modellerna inkluderar inte vad som händer när partiklarna når sin högsta energi, sa Federico, en stabsforskare vid University of Arizona's Departments of Planetary Sciences, Astronomi och fysik. "Bara om vi inkluderar en annan accelerationsprocess, där antalet partiklar med högre energi minskar snabbare än vid lägre energi, kan vi förklara hela det elektromagnetiska spektrum vi ser. Detta säger oss att medan chockvågen är källan till partiklarnas acceleration, mekanismerna måste vara annorlunda."
Medförfattaren Martin Pohl tillade:"Det nya resultatet representerar ett viktigt framsteg för vår förståelse av partikelacceleration i kosmiska objekt, och hjälper till att dechiffrera ursprunget till de energiska partiklarna som finns nästan överallt i universum."
Författarna drar slutsatsen att det behövs en bättre förståelse för hur partiklar accelereras i kosmiska källor, och hur accelerationen fungerar när partiklarnas energi blir mycket stor. Flera NASA -uppdrag, inklusive ACE, STEREO och WIND, är dedikerade till att studera liknande egenskaper hos stötar orsakade av plasmaexplosioner på solens yta när de reser till jorden, och kan därför ge viktiga insikter om dessa effekter inom en snar framtid.
