Cao lên trên cao nguyên Tây Tạng, các nhà khoa học chỉ cần đo ánh sáng mạnh mẽ nhất từng thấy. Những photon này là các tia gamma có năng lượng vượt quá 100 nghìn tỷ electronvol - một thậm chí có gần 500 nghìn tỷ electronvolts năng lượng. Trước đây, chỉ có các photon với hàng chục nghìn tỷ electronvolts đã được nhìn thấy.
Các nhà khoa học tìm thấy các photon có nguồn gốc từ Tinh vân Con cua, một pulsar hoặc tàn dư siêu tân tinh quay cực mạnh cách xa 6.523 năm ánh sáng.
Kết quả mới được phát hiện với một phần của mảng vòi hoa sen không khí Tây Tạng, một thí nghiệm sử dụng máy dò 4 triệu feet vuông (36.900 mét vuông) để tìm kiếm các hạt năng lượng cao như tia vũ trụ và tia gamma. Khi các hạt như vậy chạm vào bầu khí quyển phía trên, chúng tạo ra các cơn mưa của các hạt hạ nguyên tử thứ cấp mà mảng phát hiện. Không khí hiếm hoi trên mảng, cao 14.100 feet (4.300 mét) so với mực nước biển, cho phép nhiều hạt thứ cấp hơn rơi xuống mặt đất.
Bằng cách nghiên cứu các hạt mưa thứ cấp gọi là muon, các nhà khoa học đã có thể làm việc ngược lại để tìm ra năng lượng và nguồn gốc của các tia gamma tới gây ra mưa rào. Trong một bài báo mới được chấp nhận vào ngày 13 tháng 6 cho Thư đánh giá vật lý, các nhà thiên văn học nghiên cứu những cơn mưa Tinh vân Con cua này đã báo cáo 24 sự kiện gây ra bởi các photon có năng lượng cao hơn 100 nghìn tỷ electronvolts. Để so sánh, các hạt ánh sáng khả kiến từ mặt trời của chúng ta chỉ có năng lượng của một vài electronvolts.
"Đó là một kết quả rất, rất quan trọng", Felix Aharonia, giáo sư tại Viện nghiên cứu nâng cao Dublin, người không liên quan đến công việc mới, nói với Live Science. "Nó đồng ý với kỳ vọng ở một mức độ lớn và nó có thể có rất nhiều ý nghĩa bởi vì bây giờ nó là kết quả thử nghiệm, không chỉ là suy đoán lý thuyết."
Các kết quả đặc biệt giúp các nhà khoa học hiểu làm thế nào các photon năng lượng cao như vậy được tạo ra, và nếu có giới hạn về lượng năng lượng mà chúng có thể có. Các nhà khoa học suy đoán rằng trong trường hợp này, các tia gamma đã được tăng tốc thông qua một quá trình gọi là tán xạ Inverse Compton. Trong quá trình này, các electron năng lượng siêu cao bật ra khỏi các photon năng lượng thấp hơn, mang lại cho các photon năng lượng cực lớn. Những electron trong Tinh vân Con cua có thể đã phân tán các photon năng lượng thấp từ bức xạ nền vũ trụ - một số ánh sáng đầu tiên của vũ trụ.
"Chúng tôi biết rằng Tinh vân Con cua là một nguồn độc nhất trong vũ trụ", Aharonia nói với Live Science. "Bây giờ chúng tôi thấy rằng có, các electron trong Tinh vân Con cua được gia tốc lên tới 1.000 nghìn tỷ electron."
Sóng xung kích trong môi trường từ tính trong tinh vân có khả năng chịu trách nhiệm tăng tốc các electron lên những năng lượng cực đoan như vậy. Nếu được xác nhận, điều này sẽ thêm Tinh vân Con cua vào một vài pulsar được đề xuất khác ở trung tâm thiên hà được cho là có khả năng tăng tốc các electron ở mức độ này.
