Nio källor till extremt högenergigammastrålar utgör en ny katalog sammanställd av forskare med High-Altitude Water Cherenkov (HAWC) Gamma-Ray Observatory. Alla producerar gammastrålar med energier över 56 biljoner elektronvolt (TeV) och tre sänder ut gammastrålar som sträcker sig till 100 TeV och mer, vilket gör dessa till de högsta energikällor som någonsin observerats i vår galax. Katalogen hjälper till att förklara var partiklarna kommer från och hur de accelereras till sådana extremer.

"Jorden bombarderas ständigt med laddade partiklar som kallas kosmiska strålar, men eftersom de är laddade, de böjer sig i magnetfält och pekar inte tillbaka till sina källor. Vi litar på gammastrålar, som produceras nära källorna till de kosmiska strålarna, för att begränsa deras ursprung, " sa Kelly Malone, en astrofysiker i Neutron Science and Technology-gruppen vid Los Alamos National Laboratory och medlem av HAWC:s vetenskapliga samarbete. "Det finns fortfarande många obesvarade frågor om kosmisk strålnings ursprung och acceleration. Högenergigammastrålar produceras nära kosmiska strålningsplatser och kan användas för att undersöka kosmisk strålningsacceleration. det finns en viss tvetydighet i att använda gammastrålar för att studera detta, eftersom högenergi-gammastrålar också kan produceras via andra mekanismer, såsom lågenergifotoner som sprider sig från elektroner, som vanligtvis förekommer nära pulsarer."

De nyligen katalogiserade astrofysiska gammastrålkällorna har energier som är cirka 10 gånger högre än vad som kan produceras med experimentella partikelkolliderare på jorden. Medan astrofysiska partiklar med högre energi tidigare har upptäckts, detta är första gången specifika galaktiska källor har identifierats. Alla källorna har extremt energiska pulsarer (mycket magnetiserade roterande neutronstjärnor) i närheten. Antalet upptäckta källor kan tyda på att utsläpp av ultrahög energi är ett generiskt särdrag hos kraftfulla partikelvindar som kommer från pulsarer inbäddade i interstellära gasmoln, kända som nebulosor, och att fler upptäckter kommer att ske.

HAWC Gamma-Ray Observatory består av en rad vattenfyllda tankar som sitter högt på sluttningarna av vulkanen Sierra Negra i Puebla, Mexiko, där atmosfären är tunn och ger bättre förutsättningar för att observera gammastrålar. När dessa gammastrålar träffar molekyler i atmosfären producerar de skurar av energiska partiklar. Även om ingenting kan färdas snabbare än ljusets hastighet i ett vakuum, ljuset rör sig långsammare genom vattnet. Som ett resultat, vissa partiklar i kosmiska strålduschar färdas snabbare än ljus i vattnet inuti HAWC-detektortankarna. De snabbare än lätta partiklarna, i tur och ordning, producera karakteristiska ljusblixtar som kallas Cherenkov-strålning. Genom att spela in Cherenkov-blixtarna i HAWC-vattentankarna, forskare kan rekonstruera källorna till partikelskurarna för att lära sig om partiklarna som orsakade dem i första hand.

HAWC-medarbetarna planerar att fortsätta leta efter källorna till kosmiska strålar med hög energi. Genom att kombinera sina data med mätningar från andra typer av observatorier som neutrino, röntgen, radio- och optiska teleskop, de hoppas kunna lösa de astrofysiska mekanismerna som producerar de kosmiska strålarna som kontinuerligt regnar ner på vår planet.

Studien publiceras i Fysiska granskningsbrev .