Das Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) hat offiziell die präzisen Messungen der hochenergetischen Gammastrahlung des W51-Komplexes veröffentlicht und bestätigt, dass es sich um einen Beschleuniger für kosmische Strahlung handelt, der Teilchen auf sogenannte ultrahohe Energien (UHE, über 1014 Elektronenvolt) beschleunigt. Die Ergebnisse liefern auch wichtige Beweise für die Beschleunigungsgrenze der kosmischen Strahlung in diesem Komplex.
Die Ergebnisse mit dem Titel „Beweise für Teilchenbeschleunigung nahe PeV-Energien im W51-Komplex“ wurden kürzlich veröffentlicht online in Wissenschafts-Bulletin. Die Forschung wurde von der LHAASO International Collaboration unter der Leitung des Instituts für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften durchgeführt.
Der W51-Komplex ist eine der größten und aktivsten Sternfabriken in der Milchstraße und eine der wenigen Regionen, in denen nachweislich Beschleuniger für kosmische Strahlung mit GeV-Energie vorhanden sind. Er spielt eine entscheidende Rolle bei der Lösung des jahrhundertealten Rätsels um den Ursprung der kosmischen Strahlung.
Die Forscher nutzten Daten des LHAASO-Experiments, um erstmals die Messungen des Energiespektrums der Gammastrahlen aus dieser Region auf den UHE-Bereich auszudehnen. Sie beobachteten deutlich eine Krümmungsstruktur im Gammastrahlenspektrum bei einigen zehn TeV, was auf die Beschleunigungsgrenze der kosmischen Strahlung in dieser Region hinweist.
Das von LHAASO gemessene Energiespektrum lässt sich problemlos mit dem von der Fermi-LAT-Kollaboration bei niedrigeren Energien gemessenen Spektrum verbinden. Das Spektrum, das sechs Größenordnungen der Gammastrahlenenergie umfasst, liefert wichtige Beweise dafür, dass die Strahlung aus Kollisionen zwischen kosmischer Strahlung und Molekülwolken stammt. Es weist auch darauf hin, dass der W51-Komplex eine Beschleunigungsgrenze für kosmische Strahlung von etwa 400 TeV hat.
„Der Supernovaüberrest W51C im W51-Komplex ist der plausibelste kosmische Strahlungsbeschleuniger, der für die Breitband-Gammastrahlenemission verantwortlich ist“, sagte Prof. Li Zhe, einer der Mitautoren.
LHAASO ist eine bedeutende nationale wissenschaftliche und technologische Infrastruktur auf dem Berg Haizi in 4.410 Metern Höhe in Daocheng, Provinz Sichuan, China. Es besteht aus einer Reihe von 5.216 elektromagnetischen Teilchendetektoren und 1.188 Myonendetektoren, die über 1 km2 verteilt sind, einer Wasser-Tscherenkow-Detektorreihe mit einer Fläche von 78.000 m2 und einer Reihe von 18 Tscherenkow-Teleskopen mit großem Sichtfeld.
LHAASO wurde im Juli 2021 fertiggestellt und nahm seinen stabilen Hochleistungsbetrieb auf. Es handelt sich dabei um das empfindlichste UHE-Gammastrahlen-Erkennungsgerät der Welt, das sich durch sein großes Sichtfeld und seine Allwettertauglichkeit auszeichnet.
Weitere Informationen:
Zhen Cao et al., Hinweise auf Teilchenbeschleunigung nahe PeV-Energien im W51-Komplex, Wissenschafts-Bulletin (2024). DOI: 10.1016/j.scib.2024.07.017