Natthimlen verkar lugn, men teleskop berättar att universum är fyllt av kollisioner och explosioner. Avlägsen, våldsamma händelser signalerar deras närvaro genom att sprida ljus och partiklar i alla riktningar. När dessa budbärare når jorden, forskare kan använda dem för att kartlägga den actionfyllda himlen, hjälpa till att bättre förstå de flyktiga processer som sker djupt inne i rymden.

För första gången, ett internationellt samarbete mellan forskare har upptäckt högenergiskt ljus som kommer från de yttersta delarna av ett ovanligt stjärnsystem i vår egen galax. Källan är en mikrokvasar - ett svart hål som slukar upp saker från en närliggande följeslagare och spränger ut två kraftfulla strålar av material. Teamets observationer, beskrivs i den 4 oktober, 2018 års nummer av tidskriften Natur , tyder starkt på att elektronacceleration och kollisioner i ändarna av mikroquasarens strålar producerade de kraftfulla gammastrålarna. Forskare tror att studier av budbärare från denna mikrokvasar kan ge en inblick i mer extrema händelser som händer i mitten av avlägsna galaxer.

Teamet samlade in data från High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC), som är en detektor designad för att titta på gammastrålning som kommer från astronomiska föremål som supernovarester, kvasarer och roterande täta stjärnor som kallas pulsarer. Nu, teamet har studerat en av de mest välkända mikrokvasarerna, heter SS 433, vilket är cirka 15, 000 ljusår bort från jorden. Forskare har sett ett dussintal mikrokvasarer i vår galax och endast ett par av dem verkar sända ut högenergiska gammastrålar. Med SS 433:s närhet och orientering, forskare har en sällsynt möjlighet att observera extraordinär astrofysik.

"SS 433 ligger precis i vårt grannskap och så, med hjälp av HAWC:s unika breda synfält, vi kunde lösa båda accelerationsställena för mikroquasarpartiklar, sa Jordan Goodman, en framstående universitetsprofessor vid University of Maryland och USA:s ledande utredare och talesman för HAWC-samarbetet. "Genom att kombinera våra observationer med multivåglängds- och multibudbärardata från andra teleskop, vi kan förbättra vår förståelse av partikelacceleration i SS 433 och dess jätte, extragalaktiska kusiner, kallas kvasarer."

Kvasarer är massiva svarta hål som suger in material från galaxernas centrum, snarare än att livnära sig på en enda stjärna. De driver aktivt ut strålning, som kan ses från hela universum. Men de är så långt borta att de flesta kända kvasarer har upptäckts eftersom deras jetstrålar är riktade mot jorden – som att ha en ficklampa riktad direkt mot ens ögon. I kontrast, SS 433:s jetstrålar är orienterade bort från jorden och HAWC har upptäckt liknande energiskt ljus som kommer från mikroquasarens sida.

Oavsett var de kommer från, gammastrålar färdas i en rak linje till sin destination. De som anländer till jorden kolliderar med molekyler i atmosfären, skapa nya partiklar och gammastrålar med lägre energi. Varje ny partikel krossas sedan in i fler saker, skapar en partikeldusch när signalen faller mot marken.

HAWC, ligger ungefär 13, 500 fot över havet nära vulkanen Sierra Negra i Mexiko, är perfekt beläget för att fånga det snabbrörliga regnet av partiklar. Detektorn består av mer än 300 tankar med vatten, var och en är cirka 24 fot i diameter. När partiklarna träffar vattnet rör de sig tillräckligt snabbt för att producera en chockvåg av blått ljus som kallas Cherenkov-strålning. Specialkameror i tankarna upptäcker detta ljus, tillåta forskare att fastställa ursprungshistorien för gammastrålning.

HAWC-samarbetet undersökte 1, 017 dagars data och såg bevis för att gammastrålar kom från ändarna av mikrokvasarens jetstrålar, snarare än den centrala delen av stjärnsystemet. Baserat på deras analys, forskarna drog slutsatsen att elektroner i strålarna uppnår energier som är ungefär tusen gånger högre än vad som kan uppnås med jordbundna partikelacceleratorer, som den stora Hadron Collider i storstadsstorlek, ligger längs gränsen mellan Frankrike och Schweiz. Strålarnas elektroner kolliderar med lågenergimikrovågsbakgrundsstrålningen som genomsyrar rymden, resulterar i gammastrålning. Detta är en ny mekanism för att generera högenergi-gammastrålar i den här typen av system och är annorlunda än vad forskare har observerat när ett objekts jetstrålar riktas mot jorden.

Ke Fang, en medförfattare till studien och tidigare postdoktor vid Joint Space-Science Institute, ett partnerskap mellan UMD och NASA:s Goddard Space Flight Center, sa att denna nya mätning är avgörande för att förstå vad som händer i SS 433.

"Att titta på bara en sorts ljus som kommer från SS 433 är som att bara se svansen på ett djur, sa Fang, som för närvarande är Einstein Fellow vid Stanford University. "Således, vi kombinerar alla dess signaler, från lågenergiradio till röntgen, med nya högenergiobservationer gammastrålar, för att ta reda på vilken sorts best SS 433 verkligen är."

Tills nu, instrument hade inte observerat SS 433 som sänder ut så mycket energiska gammastrålar. Men HAWC är designad för att vara mycket känslig för denna extrema del av ljusspektrumet. Detektorn har också ett brett synfält som tittar på hela himlen i luften hela tiden. Samarbetet använde dessa förmågor för att lösa mikroquasarens strukturella egenskaper.

"SS 433 är ett ovanligt stjärnsystem och varje år har något nytt kommit ut om det, " sa Segev BenZvi, en annan medförfattare till studien och en biträdande professor i fysik vid University of Rochester. "Denna nya observation av högenergi-gammastrålar bygger på nästan 40 års mätningar av ett av Vintergatans konstigaste föremål. Varje mätning ger oss en annan pusselbit, och vi hoppas kunna använda vår kunskap för att lära oss om kvasarfamiljen som helhet."