Cái gì làm tăng tốc các tia vũ trụ lên gần tốc độ ánh sáng? Nhà thiên văn học đã suy nghĩ về câu hỏi đó trong gần 100 năm, và bây giờ bằng chứng mới ủng hộ một lý thuyết được tổ chức trong hai thập kỷ rằng các tia vũ trụ có khả năng được cung cấp bởi các ngôi sao nổ tung và gió sao. Phát hiện này đã được dự đoán trong gần 20 năm, nhưng cho đến nay không có dụng cụ nào đủ nhạy cảm để nhìn thấy nó ) hợp tác.
Gần 100 năm trước, các nhà khoa học đã phát hiện những dấu hiệu đầu tiên của tia vũ trụ, thực ra không phải là tia hoặc chùm mà là các hạt hạ nguyên tử (chủ yếu là các proton) xuyên qua không gian với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Các tia vũ trụ mạnh mẽ nhất tấn công bằng cú đấm của quả bóng tốc độ 98 dặm / giờ, mặc dù chúng nhỏ hơn một nguyên tử. Các nhà thiên văn học đã đặt câu hỏi về những gì lực tự nhiên có thể tăng tốc các hạt đến tốc độ như vậy.
Các tia vũ trụ hiếm nhất mang năng lượng gấp 100 tỷ lần so với bất kỳ máy gia tốc hạt nào trên Trái đất. Các nhà thiên văn học đã nghĩ ra những phương pháp khéo léo để phát hiện các tia vũ trụ tấn công bầu khí quyển Trái đất. Tuy nhiên, việc phát hiện các tia vũ trụ từ xa đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn.
VERITAS đã tìm thấy bằng chứng mới cho các tia vũ trụ trong Thiên hà xì gà, còn được gọi là Messier 82 (M82), nằm cách Trái đất 12 triệu năm ánh sáng theo hướng của chòm sao Ursa Major, nơi hỗ trợ mạnh mẽ cho lâu đài giả thuyết cho rằng siêu tân tinh và gió sao từ các ngôi sao lớn là các máy gia tốc chiếm ưu thế của các hạt tia vũ trụ.
Các thiên hà có mức độ hình thành sao cao như M82, còn được gọi là các thiên hà Star starburst, có số lượng lớn các siêu tân tinh và các ngôi sao lớn. Nếu lý thuyết đúng, thì các thiên hà starburst sẽ chứa nhiều tia vũ trụ hơn các thiên hà bình thường. Phát hiện của VERITAS xác nhận sự kỳ vọng đó, chỉ ra rằng mật độ tia vũ trụ trong M82 gấp khoảng 500 lần mật độ trung bình trong Thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà.
Phát hiện này cung cấp cái nhìn sâu sắc cơ bản về nguồn gốc của các tia vũ trụ, Rene Ong, giáo sư vật lý tại Đại học California, Los Angeles, và là người phát ngôn cho sự hợp tác của VERITAS.
Sử dụng tia gamma để suy ra các tia vũ trụ
VERITAS không thể phát hiện trực tiếp các tia vũ trụ M82 bởi vì chúng bị mắc kẹt trong Thiên hà xì gà. Thay vào đó, VERITAS tìm kiếm manh mối cho sự hiện diện của các tia vũ trụ: tia gamma. Tia gamma là dạng ánh sáng mạnh nhất, mạnh hơn nhiều so với tia cực tím hay thậm chí là tia X. Khi các tia vũ trụ tương tác với khí và các bức xạ giữa các vì sao trong M82, chúng tạo ra các tia gamma, sau đó có thể thoát khỏi thiên hà nhà của chúng và tiếp cận các máy dò Trái đất.
Phải mất hai năm thu thập dữ liệu chuyên dụng để trêu chọc tín hiệu mờ nhạt đến từ M82.
Chúng tôi biết rằng việc phát hiện M82 sẽ có ý nghĩa khoa học quan trọng. Do đó, chúng tôi đã lên lịch cho một cuộc tiếp xúc đặc biệt dài ngay sau khi thử nghiệm được vận hành hoàn toàn, Benbow nói. Dữ liệu cần được phân tích tỉ mỉ để trích xuất tín hiệu tia gamma, nhỏ hơn một triệu lần so với nhiễu nền. Mặc dù tín hiệu chỉ là một phần rất nhỏ của dữ liệu, chúng tôi đã thực hiện nhiều kiểm tra về khả năng sai lệch có thể xảy ra và chúng tôi tự tin rằng tín hiệu đó là chính hãng.
Sự phát hiện của M82 chỉ ra rằng vũ trụ chứa đầy các máy gia tốc hạt tự nhiên và khi các đài quan sát tia gamma trên mặt đất tiếp tục được cải thiện, những khám phá tiếp theo là không thể tránh khỏi. Martin Pohl, giáo sư vật lý tại Đại học bang Iowa, người đã giúp dẫn dắt nghiên cứu cho biết. Một đài quan sát tia gamma VHE thế hệ tiếp theo, Hệ thống hình ảnh tia Gamma tiên tiến (AGIS), đã được phát triển.
VERITAS được vận hành bởi sự hợp tác của hơn 100 nhà khoa học từ 22 tổ chức khác nhau ở Hoa Kỳ, Ireland, Anh và Canada. Nhấn vào đây để biết thêm thông tin về VERITAS.
Chú thích ảnh chính: Tổng hợp các hình ảnh đa bước sóng của thiên hà hoạt động M82 từ Hubble, Chandra và Spitzer. Tín dụng: NASA, ESA, CXC và JPL-Caltech
Nguồn: Trung tâm vật lý thiên văn Harvard Smithsonian
