Binärstern durchbricht 100-TeV-Grenze und schreibt kosmische Teilchengrenzen neu

Zum Vergleich beträgt dies mehr als das 15-fache der Energie, die ein einzelnes Proton im leistungsstärksten menschengemachten Beschleuniger, dem Large Hadron Collider, trägt, der bei etwa 6,5 TeV pro Proton liegt.

Dies ist das erste Mal, dass eine derart extreme Emission ärsystem bestätigt wurde, was darauf hindeutet, dass solche Systeme als PeVatrons fungieren können, die in der Lage sind, Teilchen auf Peta-Elektronenvolt (PeV)-Energien zu beschleunigen.

„In dieser Studie berichten wir Gammastrahlungsemission bis in den UHE-Bereich vom Gammastrahlengemächtnis LS I +61° 303 mittels LHAASO-Beobachtungen“, merken die Studienautoren an.

Vereinfacht ausgedrückt hat ein Sternpaar ein

Vereinfacht ausgedrückt hat ein Sternpaar ein Niveau der Teilchenbeschleunigung gezeigt, das Theorien für solche Systeme nicht eindeutig vorhergesagt hatten. Teilchenspuren statt Licht lesen.

Etwas so Extremes einzufangen, ist nicht so einfach, wie ein Teleskop an den Himmel zu richten. Gammastrahlen dieser Energien erreichen die Detektoren nicht direkt – sie kollidieren mit der Erdatmosphäre und lösen Teilchenkaskaden aus, die als Luftschauer bekannt sind.

LHAASO wurde gebaut, um diese Kaskaden einzufangen. Indem die Wissenschaftler verfolgen, wie sich diese Sekundärteilchen ausbreiten und am Boden ankommen, können sie rückwärts rechnen, um die Energie und den Ursprung des einfallenden Gammastrahls abzuschätzen.

Dieser Ansatz ermöglichte es den Forschern,

Dieser Ansatz ermöglichte es den Forschern, weit über frühere Messungen I +61° 303 hinauszugehen, die bisher nur bis zu etwa 10 TeV nachverfolgt worden waren. Mit der Empfindlichkeit beobachtete Spektrum auf fast 200 TeV und identifizierte damit eindeutig Signale über dem Schwellenwert von 100 TeV.

Dieser Sprung ändert die Klassifizierung des Systems und wertet es effektiv zu einem ultrahochenergetischen Emitter auf. „Diese Ergebnisse liefern überzeugende Beweise für extreme Teilchenbeschleunigung in LS I +61° 303“, weisen die Studienautoren darauf hin.

Eine Umlaufbahn, die den Beschleuniger neu verdrahtet Das System LS I +61° 303 ist weit und ein kompaktes Objekt – wahrscheinlich ein Neutronenstern oder Schwarzes Loch – umkreisen sich alle 26, und formen dabei ständig ihre Umgebung neu.

Leistung und Energieausbeute

Was die Forscher herausfanden, ist, dass die Gammastrahlungsleistung nicht einfach nur steigt und fällt – sondern sich bei unterschiedlichen Energien mit dem Fortschreiten der Umlaufbahn unterschiedlich verändert. Diese energieabhängige Variation deutet auf eine sich ändernde Beschleunigungsumgebung hin.

Bedingungen wie die Stärke des Magnetfeldes, die Teilchendichte und Kollisionszonen entwickeln sich mit der Bewegung der Sterne, was bedeutet, dass der Motor, der die Gammastrahlen antreibt, niemals im stationären Zustand ist. Diese Variabilität hilft auch bei der Identifizierung der beteiligten Teilchen.

In solch intensiven Magnetfeldern verlieren Elektronen schnell Energie und haben Schwierigkeiten, ultrahohe Energien zu erreichen. Wenn daher Gammastrahlen über 100 TeV auftauchen, deuten sie stark auf Protonen oder schwerere Teilchen hin, die die Arbeit verrichten.

Wir identifizieren 16 photonenartige Ereignisse über

„Wir identifizieren 16 photonenartige Ereignisse über 100 TeV gegenüber einem geschätzten Hintergrund von 5,1 Ereignissen“, sagten die Autoren der Studie. Diese Teilchen können weiter reisen und mit dichten stellaren Winden kollidieren, wodurch Gammastrahlen durch hochenergetische Wechselwirkungen entstehen.

Dies unterscheidet Gammastrahl-Binärsysteme -Überresten, bei denen der Beschleunigungsprozess vergleichsweise stabiler ist. Hier scheint die Energieabgabe mit der Bahnbewegung verbunden zu sein, was das System dynamischer und unvorhersehbarer macht.

Erweiterung der Shortlist kosmischer Schwergewichte Die Herkunft der energiereichsten kosmischen Strahlen ist seit über einem Jahrhundert ungelöst geblieben, teilweise weil kein einziger Quellentyp die Beobachtungen vollständig erklärt hat. Dieses Ergebnis fügt einen neuen Kandidaten hinzu.

Es zeigt, dass Gamma-Ray-Binärsysteme nicht nur

Es zeigt, dass Gamma-Ray-Binärsysteme nicht nur energiereich sind – sie können die extremen Bedingungen erreichen, die erforderlich sind, um als PeVatrons zu wirken.

„Unsere Ergebnisse bieten einen beispiellosen Zugang zum UHE-Bereich und liefern neue Einschränkungen für die Art der Teilchenbeschleunigung in Gamma-Ray-Binärsystemen“, sagten die Autoren der Studie. Gleichzeitig verkompliziert die Entdeckung bestehende Modelle.

Die starke Abhängigkeit , dass die Teilchenbeschleunigung über kurze Zeiträume Modi oder Effizienz wechseln kann. Dies ist schwieriger zu modellieren als kontinuierliche, einmalige Ereignisse wie Supernova-Explosionen.

Es gibt jedoch noch Unsicherheiten.

Es gibt jedoch noch Unsicherheiten. Der genaue Mechanismus, der die Beschleunigung antreibt, ist nicht geklärt.

Auch wenn die Gammastrahlen auf hadronische Prozesse hindeuten, wird eine direkte Bestätigung zusätzliche Signale erfordern, wie beispielsweise Neutrinos.

Die nächsten Schritte werden sich wahrscheinlich darauf konzentrieren, Beobachtungen verschiedener Träger zu kombinieren, darunter Gammastrahlen, kosmische Strahlung und Neutrinos, um ein klareres Bild davon zu zeichnen, was in diesen Systemen vor sich geht. Die Studie wurde im Journal Physical Review Letters veröffentlicht.