In 4000 Metern Höhe, auf dem Vulkan Sierra Negra in Mexiko, beobachten Forscher des High-Altitude Water Cherenkov (HAWC)-Observatoriums extreme Phänomene. Im Herzen der Milchstraße wurden Gammastrahlen mit einer beispiellosen Stärke entdeckt.
Diese Gammastrahlen, die mehr als 100 Teraelektronenvolt erreichen, stammen aus einer bestimmten Region: dem galaktischen Zentrum. Zum ersten Mal konnte ein internationales Team ihre Herkunft zurückverfolgen und somit die Existenz eines PeVatron aufdecken, einer noch mysteriösen Quelle extremer Energie.
Laut den Wissenschaftlern stellt diese Beobachtung einen beispiellosen Durchbruch im Studium der gewaltsamsten physikalischen Prozesse im Universum dar. Sie ermöglicht zu verstehen, wie bestimmte Gammastrahlen unglaubliche Energien erreichen und welche Phänomene dahinterstecken.
Der PeVatron, Quelle dieser ultra-energetischen Gammastrahlen, bleibt noch weitgehend unverstanden. Die Forscher vermuten, dass diese Entität mit den feindseligen Umgebungen verbunden sein könnte, die das supermassive Schwarze Loch der Milchstraße umgeben, einen Ort, der konventionellen Beobachtungen kaum zugänglich ist.
Die zentrale Region der Milchstraße ist bekannt für ihre intensive Aktivität, in der Neutronensterne und weiße Zwerge verkehren. Umgeben von heißen Gaswolken strahlt diese Zone eine Energie ab, die nur schwer direkt beobachtet werden kann. Gammastrahlen jedoch ermöglichen es, diese Dunkelheit zu durchbrechen, da sie durch dichte Gaswolken reisen.
Die vom PeVatron beschleunigten Teilchen erreichen Energien in der Größenordnung von einem Petaelektronenvolt (PeV), weit jenseits der Möglichkeiten menschlicher Technologie. Diese Teilchen interagieren mit den umliegenden Gasen und erzeugen die Gammastrahlen, die HAWC beobachten kann. Dieses Phänomen verdeutlicht eine in der Milchstraße selten gesehene Kraft.
Um diese Strahlen einzufangen, verwendet HAWC gigantische Wassertanks. Wenn ein hochenergetisches Teilchen das Wasser mit einer Geschwindigkeit durchquert, die höher ist als die Lichtgeschwindigkeit in diesem Medium, sendet es ein blaues Leuchten aus, das als Tscherenkow-Strahlung bezeichnet wird, ähnlich einem "Knall" für Licht.
Ergebnisse der Analyse des galaktischen Zentrums.
Bildquelle: The Astrophysical Journal Letters (2024)
Die Analyse dieser Daten ermöglicht es, die Herkunft der entdeckten Teilchen zurückzuverfolgen und die an diesen Phänomenen beteiligte Energie zu verstehen. HAWC, das das Experiment des Milagro-Projekts in New Mexico fortsetzt, befindet sich weiter südlich.
Die Forscher planen, ihre Beobachtungen in einem neuen Observatorium in Chile, dem Southern Wide-field Gamma-ray Observatory, auszuweiten. Durch die Erweiterung ihres Beobachtungsbereichs hoffen sie, die Geheimnisse der PeVatrons und der extremen Phänomene im Herzen unserer Galaxie zu entschlüsseln.
Was ist ein PeVatron?
Der PeVatron ist eine Quelle extrem energiereicher Gammastrahlen, die in der Lage ist, Teilchen auf Energien in der Nähe eines Petaelektronenvolts (PeV), also eine Billion Elektronenvolt, zu beschleunigen. Dieser Begriff kombiniert "PeV" für die extreme Energie und "tron" für die Teilchenbeschleunigung.
Das Rätsel der PeVatrons fasziniert die Wissenschaftler, da es auf gewaltsame physikalische Prozesse hinweist, wie sie im galaktischen Zentrum, um supermassive Schwarze Löcher oder bei Sternexplosionen (Supernovae) beobachtet werden. Diese Art von Quelle könnte auch mit Kollisionen von Stellarkernen oder der Verschmelzung von Neutronensternen verbunden sein.
PeVatrons sind von wesentlicher Bedeutung, um zu verstehen, wie kosmische Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Sie tragen dazu bei, die Ausbreitung von Gammastrahlen in unserer Galaxie zu erklären und sind Indikatoren für seltene und intensive energetische Phänomene im Universum.
Das Studium der PeVatrons, das durch Observatorien wie HAWC erleichtert wird, ermöglicht es uns, unser Verständnis der Wechselwirkungen zwischen kosmischen Strahlen und dem interstellaren Medium zu vertiefen und neue Einblicke in extreme galaktische Umgebungen zu gewinnen.
Quelle: The Astrophysical Journal Letters