Den skjulte kraft af de mindste mikroquasars: undersøgelse finder bevis for partikelacceleration

Vores hjemmeplanet bombarderes med partikler fra det ydre rum hele tiden. Og selvom vi for det meste er fortrolige med de stenede meteoritter, der stammer fra vores solsystem, der skaber fascinerende skydestjerner på nattehimlen, er det de mindste partikler, der hjælper forskere med at forstå universets natur.

Subatomære partikler såsom elektroner eller protoner, der ankommer fra det interstellære rum og derover, er en af ​​de hurtigste partikler, der er kendt i universet og kendt som kosmiske stråler.

Oprindelsen og accelerationsmekanismerne for de mest energiske af disse kosmiske partikler er stadig et af de største mysterier inden for astrofysik. Hurtigt bevægende stofudstrømning (eller “jetfly”), der blev lanceret fra sorte huller, ville være et ideelt sted til partikelacceleration, men detaljerne om, hvordan og under hvilke betingelser accelerationsprocesser kan forekomme, er uklare.

De mest kraftfulde jetfly inde i vores galakse forekommer i mikroquasarer: systemer sammensat af et stellar-masset sort hul og en “normal” stjerne. Parret kredser hinanden, og når de først er tæt nok, begynder det sorte hul langsomt at sluge sin ledsager. Som en konsekvens af dette lanceres jetfly fra regionen tæt på det sorte hul.

I de sidste par år har der været voksende bevis for, at mikroquasarstråler er effektive partikelacceleratorer. Det er dog uklart, hvor meget de bidrager som en gruppe til den samlede mængde kosmiske stråler i galaksen. Svaret på dette spørgsmål kræver forståelse, om alle mikroquasarer er i stand til at fremskynde partikler eller kun et heldige få.

Mikroquasarer klassificeres normalt afhængigt af stjernes masse i systemet i enten “lavmasse” eller “høj-masse” -systemer, hvor lavere masse-systemer er meget mere rigelige.

Indtil nu blev der imidlertid kun fundet bevis for partikelacceleration for systemerne med høj masse. For eksempel indeholder mikroquasar SS 433, som for nylig blev afsløret for at være en af ​​de mest kraftfulde partikelacceleratorer i galaksen, en stjerne med en masse ca. 10 gange solens.

Derfor blev det generelt antaget, at mikroquasarer med lav masse ikke var kraftige nok til at fremstille gammastråler.

Dr. Laura Olivera-Nieto fra Max-Planck-Institut für Kernphysik i Heidelberg, Tyskland (MPIK) og Dr. Guillem Martí-Devesa fra Università di Trieste, har Italien nu gjort en opdagelse, der ryster dette paradigme. Arbejdet offentliggøres i De astrofysiske tidsskriftsbreve.

De brugte 16 års data fra det store område teleskopdetektor ombord NASAs satellit Fermi for at afsløre et svagt gammastrå-signal, der var i overensstemmelse med placeringen af ​​GRS 1915+105, en mikroquasar med en stjerne, der er mindre end solen. Gamma-ray-signalet måles for at have energier højere end 10 GEV, hvilket indikerer, at systemet kunne fremskynde partikler til endnu højere energier.

Observationer favoriserer et scenarie, hvor protoner accelereres i jetflyene, hvorefter de slipper ud og interagerer med nærliggende gas for at producere gammastrålefotoner. I papiret bruger de også data fra Nobeyama 45-meter radioteleskop i Japan, hvilket indikerer, at der er nok gasmateriale omkring kilden til dette scenarie.

Dette resultat viser, at selv mikroquasarer, der er vært for en lavmassestjerne, er i stand til partikelacceleration. Fordi dette er den mest talrige klasse, har denne konstatering betydelige konsekvenser for det estimerede bidrag fra mikroquasarer som en gruppe til det kosmiske stråleindhold i vores galakse.

Imidlertid kræves flere detektioner og undersøgelser med flere bølgelængder for yderligere at indsnævre, hvorfor nogle systemer accelererer partikler effektivt, men ikke alle.