Magnetic rigidity reveals the PeVatron acceleration region in SS 433
Door multi-frequentie VLBA-observaties te analyseren om een magnetisch veldprofiel te onthullen dat de magnetische rigiditeit langs de binnenste jet verhoogt, identificeert deze studie de baryonische ejecta van de microquasar SS 433 als een verborgen PeVatron die in staat is protonen te versnellen tot energieën die 1 PeV overstijgen ruim voor de uitgebreide TeV-emitterende lobben.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Diep in de kosmos bestaat een klasse kosmische versnellers die zo krachtig zijn dat ze subatomaire deeltjes kunnen werpen naar energieën die een miljoen keer groter zijn dan alles wat we op aarde kunnen creëren. Deze kosmische machines worden PeVatrons genoemd. Decennialang hebben astronomen naar hen gezocht, wetende dat ergens in ons eigen sterrenstelsel de natuur deeltjes bouwt tot deze verbijsterende hoogten. Hoewel exploderende sterren lang de hoofdverdachten waren, is er een nieuwe kandidaat opgekomen uit een bijzonder, lang bestudeerd object dat bekend staat als SS 433. Dit systeem is een binair paar waarbij een zwart gat of een neutronenster gulzig een begeleidende ster consumeert, waarbij twee massieve jets van superverhit gas in tegengestelde richtingen worden uitgestoten. Recente waarnemingen hebben aangetoond dat dit systeem hoogenergetische gammastraling uitzendt, wat suggereert dat het inderdaad een PeVatron is, maar een cruciaal mysterie bleef: precies waar binnen die jets vindt de versnelling plaats? Is het nabij de centrale motor, of ver buiten waar de jets botsen met het omringende gas?
Een team van astronomen heeft dit puzzelstuk nu opgelost door naar de magnetische omgeving binnen de jets van SS 433 te kijken met ongekende precisie. Met behulp van een netwerk van radiotelescoepen verspreid over de aarde, brachten ze de sterkte van het magnetisch veld langs het binnenste gedeelte van de jet in kaart, een regio die slechts tientallen astronomische eenheden breed is. Ze ontdekten dat het magnetisch veld niet zo snel afzwakt als verwacht wanneer men zich verder van het centrum verwijdert. In plaats daarvan behoudt het zijn kracht verrassend goed over de afstand. Dit specifieke gedrag is de sleutel tot het mysterie. In de natuurkunde hangt het vermogen van een magnetisch veld om een deeltje te vangen en te versnellen af van een combinatie van de sterkte van het veld en de grootte van de regio die het beslaat. Omdat het veld in SS 433 sterk genoeg blijft over een dergelijk groot gebied, groeit de "magnetische rigiditeit" — het vermogen om snelle deeltjes vast te houden — feitelijk naarmate men verder langs de jet reist.
Deze bevinding onthult dat het binnenste deel van de jet, specifiek een zone op een paar honderd astronomische eenheden van het centrale binaire systeem, de verborgen machinekamer is waar protonen worden versneld tot peta-elektronvolt-energieën. De onderzoekers berekenden dat de magnetische condities in deze specifieke regio sterk genoeg zijn om protonen te duwen naar energieën van ongeveer 2,6 peta-elektronvolt. Dit komt perfect overeen met de maximale energieniveaus die zijn afgeleid van de gammastraling gedetecteerd door de LHAASO-observatorie. De studie sluit de mogelijkheid effectief uit dat deze hoogenergetische deeltjes door elektronen op dezelfde plek worden gecreëerd, aangezien het intense magnetische veld elektronen veel te snel zou laten afkoelen om dergelige energieën te bereiken. In plaats daarvan wijzen de gegevens erop dat protonen de primaire versnellers zijn.
Het beeld dat naar voren komt is dat van een proces in twee fasen. De compacte, binnenste jets van SS 433 fungeren als de injectieplaats, waar protonen door het magnetische veld naar extreme snelheden worden gestuwd. Zodra deze supersnelle protonen deze binnenste zone verlaten, reizen ze naar buiten naar de omringende nevel, een enorme gaswolk genaamd W50. Daar botsen ze met neutrale gasatomen, wat de uitbarsting van hoogenergetische gammastraling veroorzaakt die telescopen op aarde kunnen zien. Deze scheiding verklaart waarom de gamma-emissie er verschillend uitziet bij verschillende energieniveaus: de hoogste energiesignalen komen van de interactiezone in de gaswolk, terwijl de versnelling zelf veel dichter bij de bron plaatsvindt. Door het magnetische veldprofiel te meten, hebben de onderzoekers niet alleen de versneller gelokaliseerd, maar ook bevestigd dat de microquasar SS 433 een echte PeVatron is, in staat om deeltjes aan te drijven tot de uiterste grenzen van wat mogelijk is in ons sterrenstelsel.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.