In plaats van te investeren in deeltjesversnellers hier op aarde, zouden natuurkundigen kunnen overwegen om een paar sterren op te blazen. Terwijl deeltjes rond het overblijfsel bewegen, worden ze versneld door de enorme magnetische velden en bereiken ze uiteindelijk de lichtsnelheid. De afbeeldingen van Chandra laten zien dat de deeltjes worden versneld tot de maximale snelheid die door theorieën wordt voorspeld.
Nieuwe aanwijzingen over de oorsprong van kosmische straling, mysterieuze hoogenergetische deeltjes die de aarde bombarderen, zijn onthuld met behulp van de Chandra X-ray Observatory van NASA. Een buitengewoon gedetailleerd beeld van de overblijfselen van een geëxplodeerde ster geeft cruciaal inzicht in het genereren van kosmische straling.
Voor het eerst hebben astronomen de versnellingssnelheid van kosmische-straalelektronen in kaart gebracht in een supernovarest. De nieuwe kaart laat zien dat de elektronen worden versneld in de buurt van de theoretisch maximale snelheid. Deze ontdekking levert overtuigend bewijs dat supernovarestanten belangrijke locaties zijn voor het bekrachtigen van geladen deeltjes.
De kaart is gemaakt op basis van een afbeelding van Cassiopeia A, een 325 jaar oud overblijfsel dat is geproduceerd door de explosieve dood van een massieve ster. De blauwe, piekerige bogen in het beeld volgen de uitdijende buitenste schokgolf waar de versnelling plaatsvindt. De andere kleuren in de afbeelding tonen puin van de explosie die tot miljoenen graden is verhit.
"Wetenschappers theoretiseren sinds de jaren zestig dat kosmische straling moet worden gecreëerd in de kluwen van magnetische velden bij de schok, maar hier kunnen we dit direct zien gebeuren", zegt Michael Stage van de Universiteit van Massachusetts, Amherst. "Door uit te leggen waar kosmische straling vandaan komt, kunnen we andere mysterieuze verschijnselen in het hoogenergetische universum begrijpen."
Voorbeelden zijn de versnelling van geladen deeltjes tot hoge energieën in een grote verscheidenheid aan objecten, variërend van schokken in de magnetosfeer rond de aarde tot geweldige extragalactische stralen die worden geproduceerd door superzware zwarte gaten en duizenden lichtjaren lang zijn.
Wetenschappers hadden eerder een theorie ontwikkeld om uit te leggen hoe geladen deeltjes kunnen worden versneld tot extreem hoge energieën - die met bijna de snelheid van het licht reizen - door vaak heen en weer te stuiteren over een schokgolf.
"De elektronen nemen elke keer dat ze over het schokfront stuiteren snelheid op, alsof ze in een relativistische flipperkast zitten", zegt teamlid Glenn Allen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge. 'De magnetische velden zijn als de bumpers en de schok is als een flipper.'
In hun analyse van de enorme dataset kon het team de röntgenstralen van de versnellende elektronen scheiden van die van het verwarmde stellaire puin. De gegevens impliceren dat sommige van deze elektronen worden versneld met een snelheid die dicht bij het theoretische maximum ligt. Kosmische straling bestaat uit elektronen, protonen en ionen, waarvan alleen röntgenstralen detecteerbaar zijn in röntgenstralen. Van protonen en ionen, die het grootste deel van kosmische straling vormen, wordt verwacht dat ze zich op dezelfde manier gedragen als de elektronen.
"Het is opwindend om regio's te zien waar de door kosmische straling geproduceerde gloed het gas van 10 miljoen graden dat wordt verwarmd door de schokgolven van de supernova, overtreft", zegt John Houck, ook van MIT. "Dit helpt ons niet alleen te begrijpen hoe kosmische straling wordt versneld, maar ook hoe supernovaresten evolueren."
Naarmate de totale energie van de kosmische straling achter de schokgolf toeneemt, wordt het magnetische veld achter de schok gewijzigd, samen met het karakter van de schokgolf zelf. Door de omstandigheden in de schokken te onderzoeken, kunnen astronomen de veranderingen van het supernova-overblijfsel met de tijd volgen en uiteindelijk de oorspronkelijke supernova-explosie beter begrijpen.
NASA's Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala., Beheert het Chandra-programma voor de Science Mission Directorate van het agentschap. Het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt de wetenschap en vluchtactiviteiten vanuit het Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
Oorspronkelijke bron: Chandra News Release
