Chinesische Wissenschaftler legen den Ursprung der Milchstraße auf hochenergetische kosmische Strahlung fest

Sie sagten, das Vorhandensein einer blasenartigen Struktur – etwa zehn Millionen Mal größer als unser Sonnensystem – könne erklären, wie die hochenergetischen Gammastrahlen im Gegensatz zu früheren Theorien über ihren Ursprung in der Milchstraße entstanden seien.

„Dies ist der erste Superbeschleuniger für kosmische Strahlung, der identifiziert wurde“, sagte der korrespondierende Autor Cao Chen, Professor am Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber der offiziellen Nachrichtenagentur Xinhua.

Bei der kosmischen Strahlung handelt es sich um geladene Teilchen, die sich etwa mit Lichtgeschwindigkeit durch den Raum bewegen. Obwohl sie vor mehr als 100 Jahren entdeckt wurden, sind sich Wissenschaftler immer noch nicht sicher, wie die Strahlen entstehen, die die Erde erreichen, und wo sie ihren Ursprung haben.

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Frühere Energiespektren der kosmischen Strahlung zeigten einen Wendepunkt bei einem Energieniveau von 1 Peta-Elektronenvolt (PeV) – aufgrund seiner Form in den Diagrammen als „Knie“ bezeichnet.

Cao sagte dem Sichuan News Network, dass kosmische Strahlen mit einer Energie unter 1 PeV vermutlich aus dem Inneren der Milchstraße stammen, während Strahlen mit einer Energie über diesem Punkt vermutlich von außerhalb unserer Galaxie stammen.

Im Jahr 2020 entdeckte Lasso jedoch sehr energiereiche Photonen, die durch kosmische Strahlung mit einer Energie von mehr als 1 PeV erzeugt wurden und von Cygnus stammten. Das neueste Papier beschreibt detailliert, wie diese Strahlen entstanden sein könnten.

Die Forscher fanden heraus, dass die blasenartige Struktur in der Sternentstehungsregion des Sternbildes namens Cygnus liegt

Im Zentrum der Blase identifizierte das Team einen massiven Sternhaufen namens Cygnus OB2, der viele heiße junge Sterne enthält, einige mit Oberflächentemperaturen von mehr als 35.000 Grad Celsius – bei denen es sich möglicherweise um einen Superbeschleuniger der kosmischen Strahlung handelt.

Dem Papier zufolge werden die Struktur und das Energiespektrum der Blase „durch die Annahme, dass im Kern ein Teilchenbeschleuniger vorhanden ist, einigermaßen reproduziert“.

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Der Beschleuniger für kosmische Strahlung ist in der Lage, kosmische Strahlung mit Energien von 10 bis 25 PeV in den interstellaren Raum zu pumpen, die mit interstellarem Gas kollidieren und die beobachteten Photonen mit Energien von 1 PeV und mehr erzeugen.

Cao sagte dem Sichuan News Network, dass die Sterne im Sternhaufen eine Strahlungsintensität haben, die „100 bis eine Million Mal größer ist als die Strahlungsintensität der Sonne“. Durch Strahlungsdruck von der Oberfläche von Sternen weggeblasenes Material erzeugt Hochgeschwindigkeitswinde, die mit den interstellaren Medien kollidieren und so einen Teilchenbeschleuniger bilden.

„Nachdem der Beschleuniger gebildet wurde, werden die mikroskopisch kleinen Teilchen, die von Protonen dominiert werden, auf extrem hohe Energien beschleunigt, das sind die kosmischen Strahlen, die wir auf der Erde beobachten“, sagte Cao.

Die Forscher fanden heraus, dass die die Blasenstruktur umgebenden Gase mit der Intensität der Gammastrahlen zusammenhängen, die durch die Beschleunigung hochenergetischer Teilchen im interstellaren Raum erzeugt werden.

„Eine starke Annahme ist, dass jede Quelle kosmischer Strahlung in unserer Galaxie eine solche Blase oder einen Halo aus kosmischer Strahlung hat“, schrieben sie in der Zeitung.

Cao sagte dem Sichuan News Network, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit der kosmischen Strahlung viel langsamer sei als erwartet – 100-mal niedriger als bisher angenommen –, was es den Forschern ermöglichte, die Blase zu beobachten.

„Mit zunehmender Beobachtungszeit wird Lasso voraussichtlich mehr Superbeschleuniger für kosmische Strahlung entdecken“, sagte er im Xinhua-Bericht. Cao fügte hinzu, dass er hofft, dass weitere Entdeckungen „das jahrhundertealte Rätsel um den Ursprung der kosmischen Strahlung lösen“ werden.

Die Ergebnisse hätten „extrem relevante Konsequenzen für unsere Beschreibung des Transports kosmischer Strahlung in der Galaxie“, sagte Elena Amato, Astrophysikerin vom italienischen Nationalinstitut für Astrophysik.