small pl CAMK logo

Zawartość wpisu

Data utworzena: ,   Data archiwum:

Odkrycie potężnych kosmicznych akceleratorów cząstek w Wielkim Obłoku Magellana


Obserwatorium H.E.S.S. odkryło trzy wyjątkowo jasne źródła promieniowania gamma w sąsiedniej galaktyce. Jak donosi artykuł w najnowszym numerze magazynu „Science”, obserwatorium H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) odkryło trzy nowe źródła wysokoenergetycznego promieniowania gamma w Wielkim Obłoku Magellana – bliskiej galaktyce karłowatej stowarzyszonej z naszą galaktyką. Są to trzy obiekty różnych typów: mgławica wiatru pulsarowego, pozostałość po supernowej, oraz tzw. superbąbel – powłoka kulista ośrednicy 270 lat świetlnych, „wydmuchana” przez masywne gwiazdy i supernowe. Tym samym po raz pierwszy w historii odkryto gwiazdowe źródła promieniowania gamma o tak wysokiej energii w innej galaktyce.  Ponadto, superbąbel reprezentuje nową klasę źródeł wysokoenergetycznego promieniowania gamma, nieobserwowaną w naszej galaktyce.

 

Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma jest bezpośrednim śladem działania kosmicznych akceleratorów cząstek takich jak pozostałości supernowych i mgławic pulsarowych – końcowych stadiów ewolucji masywnych gwiazd. W źródłach tego typu naładowane elektrycznie cząstki są przyspieszane do ekstremalnych prędkości. Kiedy cząstki te zderzą się z fotonami lub atomami otaczającego gazu emitują promieniowanie gamma. Wysokoenergetyczne promieniowanie gamma może być wykrywane na Ziemi przy użyciu wielkich teleskopów z szybkimi kamerami poprzez obserwacje błysków światła Czerenkowa emitowanego przez pęki cząstek  generowanych przez fotony gamma wpadające do atmosfery. Znajdujące się w Namibii międzynarodowe obserwatorium H.E.S.S. składa się z czterech teleskopów o średnicy13 metrów i jednego teleskopu o średnicy 28 metrów. Ten ostatni został zbudowany przy udziale polskiego konsorcjum dwóch instytutów PAN i trzech uniwersytetów, którego Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika PAN jest koordynatorem.

Wielki Obłok Magellana (LMC) to satelita naszej Drogi Mlecznej, galaktyka karłowata odległa o 170 tys. lat świetlnych, zawierająca wiele masywnych gromad gwiazd. Nowe, masywne gwiazdy są tworzone w LMC w ogromnym tempie. Częstotliwość supernowych w LMC jest pięciokrotnie wyższa niż w naszej galaktyce. Najmłodsza pozostałość po supernowej w lokalnej grupie galaktyk, SN 1987A, również znajduje się w LMC. W związku z tym, członkowie zespołu H.E.S.S. zdecydowali się poświęcić znaczący czas obserwacji na poszukiwanie wysokoenergetycznego promieniowanie gamma pochodzącego z tej galaktyki.

Przez 210 godzin H.E.S.S. obserwował największy rejon formowania gwiazd w LMC, nazywany Mgławicą Tarantula. Po raz pierwszy w galaktyce poza Drogą Mleczną wysokoenergetyczne promieniowanie gamma mogło być rozdzielone na pojedyncze źródła: trzy bardzo energetyczne obiekty, każdy innego rodzaju. Superbąbel 30 Dor C to największa znana struktura kulista emitująca promieniowanie rentgenowskie. Jak się wydaje została wytworzona przez kilka supernowych oraz silne wiatry gwiazdowe. Superbąble są powszechnie uważane za fabryki promieniowania kosmicznego, podobnie jak pozostałości po supernowych. Wyniki H.E.S.S. wykazują, że rzeczywiście przynajmniej niektóre superbąble są źródłami promieniowania gamma i że superbąbel 30 Dor C wypełniony jest wysokoenergetycznymi cząstkami.

Pulsary to szybko obracające się gwiazdy neutronowe obdarzone silnym polem magnetycznym,  które emitują ultra-relatywistyczne cząstki tworzące mgławicę. Najsłynniejszym z nich jest pulsar w Mgławicy Krab, jedno z najjaśniejszych źródeł promieniowania gamma na niebie. Pulsar PSR J0537-6910 napędzający mgławicę N157B odkrytą przez teleskopy H.E.S.S. w LMC pod wieloma względami jest bliźniakiem pulsara w Mgławicy Krab. Jednakże mgławica N157B jest mniej więcej dziesięciokrotnie jaśniejsza od Mgławicy Kraba, prawdopodobnie – jak wynika z analizy tego obiektu – z powodu niższej wartości pola magnetycznego i o wiele intensywniejszego oświetlenia przez sąsiednie gwiazdy.

Trzeci z kolei odkryty obiekt, pozostałość po wybuchu supernowej N132D, wydaje się być jednym z najstarszych i najpotężniejszych znanych obiektów tego typu, które nadal emitują bardzo wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Przy wieku tej struktury ocenianym na 2500 – 6000 lat jest ona jaśniejsza od znanych pozostałości  po supernowych w naszej galaktyce. Odkrycie podważa obecnie obowiązującą teorię, która przewiduje że fala uderzeniowa z tak starej pozostałości po supernowej nie jest dostatecznie szybka, aby w bardzo wydajny sposób przyspieszać cząstki. Te obserwacje potwierdzają podejrzenia zasugerowane przez wcześniejsze obserwacje H.E.S.S., że pozostałości po supernowych są o wiele jaśniejsze niż się dotychczas uważało.

Teleskopy obserwatorium H.E.S.S. działają od roku 2002. We wrześniu 2012 r. zespół H.E.S.S. uczcił zakończenie pierwszej dekady działalności, w trakcie której zebrano 9415 godzin obserwacji i zaobserwowano 6361 milionów pęków atmosferycznych. Większość ze znanych 150 źródeł kosmicznych wysokoenergetycznego promieniowania gamma została odkryta przez zespół H.E.S.S. W 2006 r. zespół H.E.S.S. został uhonorowany Nagrodą Kartezjusza Komisji Europejskiej, a w 2010 r. nagrodą Rossi Prize Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego.  Układ teleskopów H.E.S.S. znalazł się na liście 10 najlepszych obserwatoriów światowych.

Współautorami opisanych powyżej odkryć obserwatorium H.E.S.S. są astrofizycy z Centrum Astronomicznego im. M. Kopernika PAN: dr hab. Jarosław Dyks, mgr Mateusz Janiak,  prof. dr hab. Włodzimierz Kluźniak, dr hab. Rafał Moderski, prof. dr hab. Bronisław Rudak, prof. dr hab. Andrzej Zdziarski. W Centrum Astronomicznym prowadzone są też prace naukowe i inżynierskie przy budowie nowego światowego obserwatorium promieniowania gamma najwyższych energii – Cherenkov Telescope Array (CTA).

Strona domowa H.E.S.S.


Oryginalna publikacja: "The exceptionally powerful TeV γ-ray emitters in the Large Magellanic Cloud", H.E.S.S. Collaboration, Science 347, 406 (2015).

Kontakt: dr hab. Rafał Moderski, moderski@camk.edu.pl, +48 (22) 3296108

 

Iustracja: Obraz nieba z widoczną Drogą Mleczną oraz Obłokami Magelana i powiększenie obserwowanego w podczerwieni Wielkiego Obłoku Magellana z mapą emisji gamma uzyskaną przez obserwatorium H.E.S.S. (Milky Way image: © H.E.S.S. Collaboration, optical: SkyView, A. Mellinger; LMC image: © H.E.S.S. Collaboration, http://dirty.as.arizona.edu/~kgordon/research/mc/mc.html, Hα: R. Kennicutt, J.E. Gaustad et al. (2001), optical (B-band): G. Bothun).

Archiwa


Kategorie