211service.com
Krabbetågen har netop sprængt Jorden med fotoner med den højeste energi, der nogensinde er registreret
Krabbetågen NASA
Det tibetanske plateau er en stor forhøjet slette næsten fem kilometer over havets overflade, nogle gange kaldet verdens tag. Det grænser mod syd af verdens højeste bjergkæde og mod nord af ørkenlande. Det er et af de mest isolerede steder på Jorden.
Men den ekstreme højde gør det til et nyttigt sted for videnskabsmænd. I 1990 byggede de et observatorium her for at studere byger af subatomære partikler, der regner ned fra den øvre atmosfære, når den bliver ramt af en højenergisk kosmisk stråle. Dette arbejde udføres bedre i stor højde, fordi der er mindre atmosfære til at absorbere partiklerne.
Siden da har det såkaldte Tibet Air Shower Array registreret et stort antal højenergiske kosmiske stråler, partikler accelereret til enorme energier af astrofysiske fænomener såsom supernovaer, aktive galaktiske kerner og mystiske, endnu uidentificerede kilder.
Men arrayet opfanger også luftbyger forårsaget af en anden kilde - højenergifotoner. Disse mystiske fotoner er også skabt af astrofysiske fænomener såsom interaktionen mellem højenergipartikler og den kosmiske mikrobølgebaggrund. De kan derfor give et unikt indblik i disse processer og de miljøer, de opstår i.
I årenes løb har Tibet Air Shower Array set masser af disse fotoner med energier op til snesevis af teraelektronvolt (TeV 1012). Det svarer nogenlunde til de højeste energifotoner, der kan skabes på Jorden. Men ingen har nogensinde observeret mere kraftfulde fotoner.
Indtil nu. I dag siger forskere fra Tibet Air Shower Gamma Collaboration, at de har observeret fotoner med energier over 100 TeV for første gang, inklusive en bemærkelsesværdig foton med en energi på næsten 500 TeV. Denne enkelte foton har omtrent samme energi som en faldende ping-pong-bold og er den højeste energi-foton, der nogensinde er registreret.
Samarbejdet har også fundet ud af, hvor disse fotoner kommer fra: Krabbetågen, resterne af en supernova, der først blev observeret i 1054 e.Kr. i Mælkevejens Perseus-arm, omkring 6.500 lysår fra Jorden.
I centrum af denne tåge er en pulsar, en neutronstjerne, der snurrer med en hastighed på 30 gange i sekundet og udsender elektromagnetiske impulser over en lang række frekvenser. Selvom Krabbetågen ikke er synlig for det blotte øje – den er omtrent den samme lysstyrke som Saturns måne Titan – er den den lyseste kilde på nattehimlen af røntgen- og gammastråler med energier over 30 KeV.
Det gør det af stor interesse for astronomer. Et spørgsmål, der fascinerer dem, er, hvor energiske disse fotoner kan blive, og hvad fordelingen af fotonenergier fortæller dem om forholdene inde i tågen.
Fotoner af denne energi menes at være skabt af en proces kendt som invers Compton spredning. Dette sker, når en højenergipartikel overfører sin energi til en foton. I tilfældet med Krabbetågen er højenergipartiklerne sandsynligvis elektroner og protoner, der accelereres af stødbølger i de kraftige magnetfelter, der omgiver pulsaren. Dette giver dem energier i sub-petaelectronvolt (1015) området.
Til sammenligning har Large Hadron Collider, verdens kraftigste partikelaccelerator, en kollisionsenergi på 14 TeV.
Disse partikler overfører derefter deres energi til fotoner tilbage fra Big Bang, kaldet den kosmiske mikrobølgebaggrund, hvilket giver dem hundredvis af TeV. Det er de fotoner, der detekteres af Tibet Air Shower Array. Dette er den første påvisning af de højeste energifotoner ud over 100 TeV fra en astrofysisk kilde og åbner dermed op for sub-PeV-vinduet i astronomi, siger de.
Dette afslører præcis, hvilke slags forhold der skal eksistere inde i tågen. Det afslører især størrelsen af de stødbølger, der passerer gennem magnetfeltet. Og det kaster igen lys over de processer, der skal generere disse chokbølger.
Forskellige teorier forudsiger en grænse for den energi, som fotoner kan få på denne måde. Men det har Tibet-samarbejdet indtil videre ikke fundet tegn på. Det kan være, at fotoner med exaelectronvolts (1018) bliver produceret på denne måde. I så fald ville en enkelt foton have energien som en luftriffelkugle. I 1991 målte fysikere en kosmisk stråle med en energi på 300 EeV, den såkaldte Oh-My-God-partikel, den højeste energipartikel, der nogensinde er registreret.
Men først vil der være behov for yderligere beviser fra Tibet-samarbejdet og andre grupper for at hjælpe med at finjustere astrofysiske teorier om præcis, hvad der foregår inde i disse mest ekstreme miljøer i universet.
Ref: https://arxiv.org/abs/1906.05521 : Første påvisning af fotoner med energi på over 100 TeV fra en astrofysisk kilde