천문학자들은 별의 잔해를 극도의 우주 입자의 근원으로 확인 - Sciencetimes

천문학자들은 오랫동안 우리 은하에서 가장 에너지가 높은 양성자의 발사 장소를 찾아왔습니다. 이제 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경에서 12년 동안의 데이터를 사용한 연구에서 하나의 초신성 잔해가 바로 그런 장소임을 확인했습니다.

페르미는 폭발한 별의 충격파가 입자를 빛의 속도와 맞먹는 속도로 밀어낸다는 것을 보여주었다. 우주선이라고 하는 이 입자는 대부분 양성자의 형태를 취하지만 원자핵과 전자를 포함할 수 있습니다. 그것들은 모두 전하를 가지고 있기 때문에 우리 은하의 자기장을 휘젓는 동안 그들의 경로는 뒤죽박죽이 됩니다. 그들이 어느 방향에서 왔는지 더 이상 알 수 없기 때문에 이것은 그들의 출생지를 가립니다. 그러나 이 입자들이 초신성 잔해 근처의 성간 가스와 충돌할 때 감마선에서 가장 높은 에너지의 빛을 만들어냅니다.

매디슨 위스콘신 대학교 물리학 조교수인 케 팡(Ke Fang)은 “이론가들은 우리은하에서 가장 높은 에너지의 우주선 양성자가 백만 전자 볼트 또는 PeV 에너지에 도달한다고 생각한다”고 말했다. “우리가 PeVatron이라고 부르는 소스의 정확한 특성을 파악하기가 어렵습니다.”

혼돈 자기장에 갇힌 입자들은 초신성의 충격파를 반복적으로 가로질러 통과할 때마다 속도와 에너지를 얻습니다. 결국, 잔해는 더 이상 그들을 붙잡을 수 없으며 성간 공간으로 압축됩니다.

세계에서 가장 강력한 입자 가속기인 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)에 의해 소집된 에너지의 약 10배까지 증가된 PeV 양성자는 우리 은하계를 완전히 탈출하기 직전에 있습니다.

천문학자들은 우리 은하의 중심에 있는 것을 포함하여 PeVatron으로 의심되는 몇 가지를 확인했습니다. 당연히 초신성 잔해가 후보 목록의 맨 위에 있습니다. 그러나 알려진 약 300개의 잔해 중에서 충분히 높은 에너지를 가진 감마선을 방출하는 것은 소수에 불과합니다.

한 특정 난파선은 감마선 천문학자들의 많은 관심을 받았습니다. G106.3+2.7이라고 불리는 이 구름은 Cepheus 별자리에서 약 2,600광년 떨어진 곳에 위치한 혜성 모양의 구름입니다. 밝은 펄서는 초신성 잔해의 북쪽 끝을 덮고 있으며 천문학자들은 두 물체가 같은 폭발로 형성된 것으로 생각합니다.

페르미의 대면적 망원경은 잔해의 확장된 꼬리에서 10억 전자볼트(GeV) 감마선을 탐지했습니다. (비교를 위해 가시광선의 에너지는 약 2-3 전자볼트 사이를 측정합니다.) 애리조나 남부에 있는 Fred Lawrence Whipple 천문대의 VERITAS(Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System)는 같은 지역에서 훨씬 더 높은 에너지의 감마선을 기록했습니다. 그리고 멕시코의 고산 체렌코프 감마선 관측소와 중국의 티베트 AS-감마 실험 모두 페르미와 베리타스가 탐사한 지역에서 100조 전자볼트(TeV)의 에너지를 가진 광자를 탐지했습니다.

공동 저자인 미국 가톨릭 대학교(Catholic University of America)와 NASA의 고다드 스페이스(Goddard Space)의 공동 저자인 헨리크 플라이쉬핵(Henrike Fleischhack)은 “이 물체는 한동안 상당한 관심의 원천이 되었지만 PeVatron으로 왕관을 씌우려면 이것이 양성자를 가속하고 있음을 증명해야 합니다”라고 설명했습니다. 메릴랜드주 그린벨트에 있는 비행 센터. “캐치는 수백 TeV로 가속된 전자가 동일한 방출을 생성할 수 있다는 것입니다. 이제 12년 동안의 페르미 데이터의 도움으로 G106.3+2.7이 실제로 PeVatron이라는 사실을 입증했다고 생각합니다.”

Fang이 이끄는 연구 결과를 자세히 설명하는 논문이 저널에 8월 10일 게재되었습니다. 물리적 검토 편지.

펄서 J2229+6114는 회전하면서 등대와 같은 표지에서 자체 감마선을 방출하며 이 빛은 몇 GeV의 에너지로 영역을 지배합니다. 이 방출의 대부분은 펄서 회전의 전반부에서 발생합니다. 연구팀은 사이클 후반부에서 도달하는 감마선만을 분석해 펄서를 효과적으로 차단했다. 10 GeV 미만에서는 잔해의 꼬리에서 상당한 방출이 없습니다.

이 에너지 이상에서 펄서의 간섭은 무시할 수 있으며 추가 소스가 쉽게 나타납니다. 팀의 상세한 분석은 이 감마선 방출을 일으키는 입자로서 PeV 양성자를 압도적으로 선호합니다.

“지금까지 G106.3+2.7은 독특하지만 TeV 에너지에 도달하는 감마선을 방출하는 새로운 초신성 잔해 집단의 가장 밝은 구성원으로 판명될 수 있습니다.”라고 Fang은 말합니다. “이 중 더 많은 것은 페르미의 미래 관측과 초고에너지 감마선 관측소를 통해 밝혀질 수 있습니다.”

동영상: https://youtu.be/oYm-0MX_3HE

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220811094920.htm