NAUKA I EDUKACJA

Naukowcy zaobserwowali przyśpieszające cząstki

Fot. CAMK PAN

Gwiazdy nowe to potężne erupcje na powierzchni białego karła w układzie podwójnym. Nowa tworzy falę uderzeniową, która rozprzestrzenia się w otoczeniu układu podwójnego, ciągnąc za sobą cząsteczki i przyspieszając je do ekstremalnych energii. Naukowcom z Obserwatorium H.E.S.S. w Namibii po raz pierwszy udało się zaobserwować proces akceleracji. Co zaskakujące, nowa RS Ophiuchi przyspiesza cząstki do prędkości zbliżonych do prędkości maksymalnych przewidywanych przez teorię, co odpowiada idealnym warunkom przyspieszania.

Gwiazdy nowe powstają, gdy biały karzeł zbiera materię z towarzyszącej mu masywnej gwiazdy. Wiadomo, że niektóre nowe się powtarzają. Te powtarzające się nowe są wynikiem termojądrowych eksplozji na powierzchni starych, bardzo zwartych gwiazd znanych jako białe karły. RS Ophiuchi jest jedną z tych powtarzających się nowych; co 15 do 20 lat na jej powierzchni dochodzi do eksplozji.

Gwiazdy tworzące system znajdują się w przybliżeniu w tej samej odległości od siebie, co Ziemia i Słońce. Kiedy nowa wybuchła w sierpniu 2021 r., teleskopy H.E.S.S. pozwoliły nam po raz pierwszy zaobserwować galaktyczną eksplozję w bardzo wysokoenergetycznym promieniowaniu gamma
Alison Mitchell, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, główny badacz programu H.E.S.S Nova.

Czytaj też

Grupa badawcza zaobserwowała, że w następstwie wybuchu cząstki zostały przyspieszone do energii kilkaset razy wyższych niż wcześniej obserwowane w przypadku gwiazd nowych. Dodatkowo energia uwolniona w wyniku eksplozji została niezwykle wydajnie przekształcona w przyspieszone protony i ciężkie jądra, tak że przyspieszenie cząstek osiągnęło maksymalne prędkości obliczane w modelach teoretycznych.

Obserwacja, że teoretyczna granica przyspieszenia cząstek może faktycznie zostać osiągnięta w prawdziwych kosmicznych falach uderzeniowych, ma ogromne implikacje dla astrofizyki. Sugeruje to, że proces przyspieszania może być równie skuteczny w przypadku ich znacznie bardziej ekstremalnych krewnych, supernowych.
Ruslan Konno, jeden z głównych autorów badania, doktorant w DESY w Zeuthen

Podczas erupcji RS Ophiuchi naukowcy po raz pierwszy byli w stanie śledzić rozwój nowej w czasie rzeczywistym, co pozwoliło im obserwować i badać przyspieszenie cząstek kosmicznych tak, jakby oglądali film. Naukowcy byli w stanie zmierzyć wysokoenergetyczne promienie gamma do jednego miesiąca po wybuchu.

Po raz pierwszy byliśmy w stanie przeprowadzić takie obserwacje, co pozwoli nam uzyskać jeszcze dokładniejszy wgląd w przyszłość, w jaki sposób działają kosmiczne eksplozje. Możemy na przykład odkryć, że nowe przyczyniają się do wszechobecnego morza promieniowania kosmicznego, a zatem mają znaczny wpływ na dynamikę ich bezpośredniego otoczenia
Dmitry Khangulyan, astrofizyk teoretyczny z Uniwersytetu Rikkyo w Tokio.

Czytaj też

Do tych pomiarów potrzebne były specjalne teleskopy. Detektor H.E.S.S. (co oznacza High Energy Stereoscopic System) składa się z pięciu teleskopów Czerenkowa, które są wykorzystywane do badania promieniowania gamma z kosmosu. Nowa, bardzo czuła, najnowocześniejsza kamera - znana jako FlashCam - została niedawno zainstalowana w największym teleskopie. Projekt FlashCam jest obecnie dalej rozwijany w ramach projektu obserwatorium promieniowania gamma nowej generacji, Cherenkov Telescope Array (CTA).

Nowa kamera jest używana od końca 2019 r., a ten pomiar pokazuje, jak duży potencjał ma najnowsza generacja kamer.
Simon Steinmassl, doktorant w Instytucie Fizyki Jądrowej im. Maxa Plancka w Heidelbergu

Teleskopy zostały skierowane w stronę nowej w bardzo krótkim czasie po tym, jak astronomowie amatorzy po raz pierwszy donieśli o wybuchu społeczności astrofizyków. Sukces obserwacji był w dużej mierze spowodowany szybką reakcją badaczy i szerszej społeczności astronomicznej, torując drogę do dalszych obszernych obserwacji.

W ciągu najbliższych kilku lat badania z użyciem teleskopów CTA pokażą, czy ten rodzaj nowej jest wyjątkowy. Ten pomiar jest kolejnym przełomem w astronomii promieniowania gamma i jest zachęcającym znakiem, że będziemy w stanie zbadać o wiele więcej kosmicznych eksplozji za pomocą H.E.S.S. i przyszłych teleskopów promieniowania gamma
Stefan Wagner, profesor w Obserwatorium Regionalnym w Heidelbergu i dyrektor Eksperymentu H.E.S.S.

Żródło: Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika

Komentarze