(Science Photo Library - Mehau Kulyk/Getty Images) For omkring et århundrede siden begyndte forskerne at indse, at noget af den stråling, vi opdager i Jordens atmosfære, ikke er lokal oprindelse.
Dette gav til sidst anledning til opdagelsen af kosmiske stråler, højenergiprotoner og atomkerner, der er blevet strippet for deres elektroner og accelereret til relativistiske hastigheder (tæt på lysets hastighed).
Der er dog stadig flere mysterier omkring dette mærkelige (og potentielt dødelige) fænomen.
Dette inkluderer spørgsmål vedr deres oprindelse og hvordan hovedkomponenten af kosmiske stråler (protoner) accelereres til så høj hastighed.
Takket være ny forskning ledet af University of Nagoya, har forskere kvantificeret mængden af kosmiske stråler, der produceres i en supernova-rest for første gang.
Denne forskning har hjulpet med at løse et 100-årigt mysterium og er et stort skridt i retning af at bestemme præcist, hvor kosmiske stråler kommer fra.
Mens forskere teoretiserer, at kosmiske stråler stammer fra mange kilder - vores sol, supernovaer, gammastråleudbrud (GRB'er) og Aktive galaktiske kerner (aka. kvasarer) – deres nøjagtige oprindelse har været et mysterium, siden de først blev opdaget i 1912.
På samme måde har astronomer teoretiseret, at supernova-rester (eftervirkningerne af supernova-eksplosioner) er ansvarlige for at accelerere dem til næsten lysets hastighed.
Når de rejser gennem vores galakse, spiller kosmiske stråler en rolle i den kemiske udvikling af det interstellare medium (ISM). Som sådan er forståelsen af deres oprindelse afgørende for at forstå, hvordan galakser udvikler sig.
I de senere år har forbedrede observationer fået nogle videnskabsmænd til at spekulere i, at supernova-rester giver anledning til kosmiske stråler, fordi de protoner, de accelererer, interagerer med protoner i ISM for at skabe meget højenergi (VHE) gammastråler.
Gammastråler produceres dog også af elektroner, der interagerer med fotoner i ISM, som kan være i form af infrarøde fotoner eller stråling fra Kosmisk mikroovn baggrund (CMB). Derfor er det afgørende at bestemme, hvilken kilde der er størst, for at bestemme oprindelsen af kosmiske stråler.
I håb om at kaste lys over dette, forskerholdet – som omfattede medlemmer fra Nagoya University, den Japans National Astronomical Observatory (NAOJ), og University of Adelaide, Australien – observerede supernova-resten RX J1713.7?3946 (RX J1713).
Nøglen til deres forskning var den nye tilgang, de udviklede til at kvantificere kilden til gammastråler i det interstellare rum.
Tidligere observationer har vist, at intensiteten af VHE-gammastråler forårsaget af protoner, der kolliderer med andre protoner i ISM, er proportional med den interstellare gastæthed, som kan skelnes ved hjælp af radio-line billeddannelse.
På den anden side forventes gammastråler forårsaget af interaktionen mellem elektroner og fotoner i ISM også at være proportional med intensiteten af ikke-termiske røntgenstråler fra elektroner.
Af hensyn til deres undersøgelse stolede holdet på data opnået af High Energy Stereoscopic System (HESS), et VHE gamma-ray-observatorium beliggende i Namibia (og drevet af Max Planck Institute for Nuclear Physics).
Dette kombinerede de derefter med røntgendata opnået af ESA's X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton) observatorium og data om fordelingen af gas i det interstellare medium.
De kombinerede derefter alle tre datasæt og fastslog, at protoner tegner sig for 67 ± 8 procent af kosmiske stråler, mens kosmiske stråleelektroner tegner sig for 33 ± 8 procent - groft sagt en 70/30-deling.
Disse fund er banebrydende, da det er første gang, at den mulige oprindelse af kosmiske stråler er blevet kvantificeret. De udgør også det mest definitive bevis til dato på, at supernova-rester er kilden til kosmiske stråler.
Disse resultater viser også, at gammastråler fra protoner er mere almindelige i gasrige interstellare områder, hvorimod dem, der forårsages af elektroner, forstærkes i de gasfattige områder.
Dette understøtter, hvad mange forskere har forudsagt, nemlig at de to mekanismer arbejder sammen for at påvirke udviklingen af ISM.
Sagde Emeritus-professor Yasuo Fukui, som var studiets hovedforfatter: 'Denne nye metode kunne ikke have været opnået uden internationale samarbejder. [Den] vil blive anvendt på flere supernova-rester ved at bruge næste generations gamma-stråleteleskop CTA (Cherenkov Telescope Array) ud over de eksisterende observatorier, hvilket i høj grad vil fremme studiet af kosmiske strålers oprindelse.'
Ud over at lede dette projekt har Fukui arbejdet på at kvantificere interstellar gasdistribution siden 2003 ved hjælp af NANTEN radioteleskop ved The Bells Observatory i Chile og Australia Telescope Compact Array .
Tak til professor Gavin Rowell og Dr. Sabrina Einecke fra University of Adelaide (medforfattere på undersøgelsen) og H.E.S.S. hold, er den rumlige opløsning og følsomhed af gammastråleobservatorier endelig nået til det punkt, hvor det er muligt at drage sammenligninger mellem de to.
I mellemtiden ledede medforfatter Dr. Hidetoshi Sano fra NAOJ analysen af arkivdatasæt fra XMM-Newton-observatoriet. I den forbindelse viser denne undersøgelse også, hvordan internationale samarbejder og datadeling muliggør alle former for banebrydende forskning.
Sammen med forbedrede instrumenter fører forbedrede metoder og større muligheder for samarbejde til en tidsalder, hvor astronomiske gennembrud er ved at blive en fast begivenhed!
Denne artikel blev oprindeligt udgivet af Universet i dag . Læs original artikel .