Istället för att investera i partikelacceleratorer här på jorden kan fysiker överväga att bara spränga några stjärnor. När partiklar rör sig runt resterna påskyndas de av de enorma magnetfältna och så småningom närmar sig ljusets hastighet. Bilderna från Chandra visar att partiklarna accelereras till den maximala hastighet som förutses av teorierna.
Nya ledtrådar om ursprunget till kosmiska strålar, mystiska högenergipartiklar som bombarderar jorden, har avslöjats med hjälp av NASA: s Chandra röntgenobservatorium. En utomordentligt detaljerad bild av resterna av en exploderad stjärna ger avgörande insikter i generationen av kosmiska strålar.
För första gången har astronomer kartlagt hastigheten för acceleration av kosmiska strålelektroner i en supernovarester. Den nya kartan visar att elektronema accelereras nära den teoretiskt maximala hastigheten. Denna upptäckt ger övertygande bevis på att supernova-rester är nyckelställen för att aktivera laddade partiklar.
Kartan skapades av en bild av Cassiopeia A, en 325 år gammal rest som producerats av en massiv stjärns explosiva död. De blå, vittiga bågarna i bilden spårar den expanderande yttre chockvågen där accelerationen äger rum. De andra färgerna i bilden visar skräp från explosionen som har värmts upp till miljoner grader.
"Forskare har sedan 1960-talet teoretiserat att kosmiska strålar måste skapas i magnetfältets trassel vid chocken, men här kan vi se detta hända direkt," sade Michael Stage från University of Massachusetts, Amherst. "Att förklara var kosmiska strålar kommer från hjälper oss att förstå andra mystiska fenomen i högenergiuniversumet."
Exempel är acceleration av laddade partiklar till höga energier i en mängd olika föremål, allt från chocker i magnetosfären runt jorden till fantastiska extragalaktiska strålar som produceras av supermassiva svarta hål och är tusentals ljusår långa.
Forskare hade tidigare utvecklat en teori för att förklara hur laddade partiklar kan accelereras till extremt höga energier - reser med nästan ljusets hastighet - genom att studsa fram och tillbaka över en chockvåg många gånger.
"Elektronerna ökar hastigheten varje gång de studsar över chockfronten, som de är i en relativistisk pinballmaskin", säger teammedlem Glenn Allen från Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge. "De magnetiska fälten är som stötfångare, och chocken är som en vippa."
I sin analys av den enorma datauppsättningen kunde teamet separera röntgenstrålarna från de accelererande elektronerna från de som kommer från det uppvärmda stjärnavfallet. Uppgifterna antyder att en del av dessa elektroner accelereras med en hastighet nära det maximala som förutses av teorin. Kosmiska strålar består av elektroner, protoner och joner, av vilka endast glöd från elektroner kan detekteras i röntgenstrålar. Protoner och joner, som utgör huvuddelen av kosmiska strålar, förväntas bete sig på samma sätt som elektronerna.
"Det är spännande att se regioner där glöd som produceras av kosmiska strålar faktiskt överskrider den 10 miljoner graden gas som uppvärmts av supernovas chockvågor," sade John Houck, också från MIT. "Detta hjälper oss att förstå inte bara hur kosmiska strålar påskyndas, utan också hur supernova-rester utvecklas."
När den totala energin för de kosmiska strålarna bakom chockvågen ökar ändras magnetfältet bakom chocken, tillsammans med karaktären på själva chockvågen. Att undersöka förhållandena i chocken hjälper astronomer att spåra förändringarna av supernovaresterna med tiden och i slutändan bättre förstå den ursprungliga supernovaexplosionen.
NASA: s Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala, hanterar Chandra-programmet för byråns Science Mission Directorate. Smithsonian Astrophysical Observatory kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Originalkälla: Chandra News Release
