Bland många partiklar som kommer från yttre rymden, det finns de med extremt hög energi som färdas med nästan ljusets hastighet, vilket motsvarar en baseboll som kastas med en hastighet av 100 meter per sekund. Ny hypotes för ursprunget till dessa ultrahögenergipartiklar har föreslagits, väckte därför särskild uppmärksamhet från hela världen.

Ett team av koreanska forskare, leds av professor Dongsu Ryu vid School of Natural Science vid UNIST, har kastat nytt ljus över det mystiska ursprunget för sådana ultrahögenergetiska kosmiska strålar (UHECR) som har förbryllat astrofysiker i årtionden. Deras studie tyder på att dessa partiklar kommer från filamenten i galaxer som är anslutna till Jungfruklustret, på himlen runt hotspot och deras platser på himlen är korrelerade till hotspot-händelser med hög statistisk signifikans.

Kosmiska strålar är subatomära partiklar som kommer från yttre rymden, som har hög energi till följd av sin snabba rörelse. Bland dem, ultrahögenergi kosmiska strålar (UHECR) är sådana med energier som överstiger 10 ¹⁹ eV (cirka 8 joule), en tröskel som kallas Greisen–Zatsepin–Kuzmin-gränsen (GZK-gränsen). Således, en UHECR är tio miljoner gånger mer energisk än den högsta energi man producerar med jordbaserade partikelacceleratorer, vilket är ca 10 ¹³ eV.

Även om UHECR är kända för att mestadels komma från utanför Vintergatans galax, deras ursprung är fortfarande okänt. För att lösa mysteriet med UHECR, ett internationellt samarbetsprojekt startade – Telescope Array (TA)-projektet, som utformades för att samla in data om UHECR-hotspots.

I den här studien, Professor Ryu och hans forskargrupp fokuserade på de senaste fynden från TA - upptäckten av en hög koncentration av UHECR-händelser på den norra himlen, kallas en hotspot.

TA-experimentet, ligger i Utah, Förenta staterna, är det största experimentet som studerar UHECR på norra halvklotet och har upptäckt cirka 72 UHECR (5,7×10) ²⁰ eV) under loppet av 5 år (från 11 maj, 2018 till 4 maj, 2013). Bland dem, 19 UHECR anlände från en nyupptäckt hotspot centrerad kring stjärnbilden Ursa Major. Än, nära stjärnbilden Ursa Major, det verkar inte finnas några himlakroppar som är kapabla att producera UHECR. Astrofysiker har därför diskuterat olika möjligheter i sökandet efter ursprunget till UHECR.

För att försöka lösa detta mysterium, Professor Ryu och hans forskargrupp analyserade en databas över närliggande galaxer, fann att de var nära förknippade med tre "galaxfilament, " som är anslutna till Jungfruklustret runt hotspoten. "Genom datorsimuleringar, vi visade att UHECR faktiskt producerades inuti Jungfruklustret och färdades längs galaxens filament innan de träffade jordens atmosfär, " förklarade professor Ryu, motsvarande författare till studien.

Strukturen i vårt universum liknar ett gigantiskt spindelnät, består av galaxhopar som är intrikat förbundna med stora strukturer, känd som filament. Dessa filament är några av de största strukturerna i universum, mäter hundratals miljoner ljusår över samtidigt som den innehåller miljontals galaxer. På grundval av deras resultat, forskargruppen föreslog en modell för ursprunget till TA hotspot UHECRs. De noterade att "[UHECR runt koncentrationen] produceras vid källor i Jungfruklustret, och fly till och fortplanta sig längs filament, innan de skingras mot oss."

"Källan eller källorna till UHECR kan vara kända astronomiska objekt, såsom radiogalaxen Virgo A eller chockvågor i Jungfruklustret, snarare än okända, såsom kosmologiska defekter eller mörk materia partiklar, " säger professor Ryu. "Vår studie tyder starkt på att sådana galaxfilament eller chockvågor kan vara ursprunget till UHECR-händelserna."

"Att förstå ursprunget till UHECRs har varit ett obesvarat största mysterium under det tjugoförsta århundradet, " säger professor Ryu. "Vår studie kastar nytt ljus över UHECRs mystiska ursprung genom rymdobservationer av UHECRs".

Han lägger till, "Den nyligen föreslagna modellen för ursprunget till TA-hotspot-händelser kan potentiellt hjälpa forskare att inse ursprunget till UHECR i framtiden."