Kinas Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) – en av landets viktigaste nationella infrastrukturanläggningar för vetenskap och teknik – har hittat ett dussin ultrahögenergi (UHE) kosmiska acceleratorer i Vintergatan. Den har också detekterat fotoner med energier som överstiger 1 peta-elektron-volt (quadrillion elektron-volt eller PeV), inklusive en på 1,4 PeV. Den senare är den högsta energifoton som någonsin observerats.

Dessa fynd omkullkastar den traditionella förståelsen av Vintergatan och öppnar upp en era av UHE gammaastronomi. Dessa observationer kommer att få människor att ompröva mekanismen genom vilken högenergipartiklar genereras och fortplantas i Vintergatan, och kommer att uppmuntra människor att utforska mer djupt våldsamma himmelska fenomen och deras fysiska processer samt testa grundläggande fysiska lagar under extrema förhållanden.

Dessa upptäckter publicerades i tidskriften Natur den 17 maj. LHAASO International Collaboration, som leds av Institute of High Energy Physics (IHEP) vid den kinesiska vetenskapsakademin, slutfört denna studie.

LHAASO-observatoriet är fortfarande under uppbyggnad. De kosmiska acceleratorerna – kända som PeVatrons eftersom de accelererar partiklar till PeV-området – och PeV-fotoner upptäcktes med hjälp av den första halvan av detektionsarrayen, som avslutades i slutet av 2019 och fungerade i 11 månader 2020.

Fotoner med energier över 1 PeV upptäcktes i ett mycket aktivt stjärnbildande område i stjärnbilden Cygnus. LHAASO upptäckte också 12 stabila gammastrålningskällor med energier upp till cirka 1 PeV och betydelsen av fotonsignalerna sju standardavvikelser större än den omgivande bakgrunden. Dessa källor finns på positioner i vår galax som kan mätas med en noggrannhet bättre än 0,3°. De är de ljusaste Vintergatans gammastrålningskällor i LHAASO:s synfält.

Även om de ackumulerade uppgifterna från de första 11 månaderna av driften bara gjorde det möjligt för människor att observera dessa källor, alla avger så kallade UHE-fotoner, dvs. gammastrålar över 0,1 PeV. Resultaten visar att Vintergatan är full av PeVatrons, medan den största acceleratorn på jorden (LHC vid CERN) bara kan accelerera partiklar till 0,01 PeV. Forskare har redan bestämt att kosmiska strålningsacceleratorer i Vintergatan har en energigräns. Tills nu, den förutsagda gränsen var runt 0,1 PeV, vilket leder till en naturlig avskärning av gammastrålningsspektrumet ovanför det.

Men LHAASO:s upptäckt har ökat denna "gräns, " eftersom spektra för de flesta källor inte är trunkerade. Dessa fynd startar en era för UHE gamma astronomisk observation. De visar att icke-termisk strålning himlakroppar, som unga massiva stjärnhopar, supernovarester, pulsarvindnebulosor och så vidare – representerade av Cygnus stjärnbildande regioner och Krabbnebulosan – är de bästa kandidaterna för att hitta UHE kosmiska strålar i Vintergatan.

Genom UHE gammaastronomi, ett hundraårigt mysterium - ursprunget till kosmiska strålar - kan snart lösas. LHAASO kommer att få forskare att ompröva mekanismerna för acceleration och utbredning av kosmisk strålning med hög energi i Vintergatan. Det kommer också att göra det möjligt för forskare att utforska extrema astrofysiska fenomen och deras motsvarande processer, vilket möjliggör granskning av fysikens grundläggande lagar under extrema förhållanden.