Tajemná mlhovina v souhvězdí Orla láme fyzikální zákony: urychluje částice efektivněji než Krabí mlhovina

Vysoko nad Zemí, v řídkém vzduchu Tibetské náhorní plošiny, zachytila obří observatoř LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) něco, co by vesmír podle současných teorií neměl dokázat.

Vysoko nad Zemí, v řídkém vzduchu Tibetské náhorní plošiny, zachytila obří observatoř LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) něco, co by vesmír podle současných teorií neměl dokázat. Detekovala ultra-výkonné gama záření, dosahující energií kolem jednoho kvadrilionu elektronvoltů (PeV), které pochází ze zdánlivě obyčejného pozůstatku hvězdy.

Zdrojem je mlhovina poháněná pulsarem (PWN) PSR J1849-0001, nacházející se v souhvězdí Orla. Tyto mlhoviny jsou bubliny relativistických částic, které jsou poháněny ztrátou rotační energie centrálních pulsarů. Objev je pozoruhodný nejen kvůli energii, ale také kvůli účinnosti. Tento systém totiž přeměňuje energii na vysokorychlostní částice mnohem efektivněji, než by podle současné fyziky měl. Astronomové tak možná nalezli kosmický urychlovač částic, který překonává i jejich nejlepší teoretické modely.

Pro pochopení průlomu je důležité vědět, co vědci zkoumali. Mlhovina poháněná pulsarem vzniká, když mrtvá hvězda, zvaná pulsar, rychle rotuje a vyzařuje proud nabitých částic téměř rychlostí světla. Když tento vítr narazí do okolního materiálu, vytvoří zářící, energetický oblak. Nejslavnějším příkladem je Krabí mlhovina, dlouho považovaná za měřítko pro extrémní urychlování částic. Krabí mlhovina, poháněná nejenergetičtějším pulsarem Mléčné dráhy, byla observatoří LHAASO rovněž identifikována jako zdroj PeV gama záření, což ji spolu s vícevlnnými pozorováními potvrdilo jako extrémní urychlovač částic.

Pulsar PSR J1849-0001 je však asi 50krát slabší než pulsar v Krabí mlhovině. Podle standardních teorií by to mělo znamenat mnohem slabší a méně energetickou mlhovinu. Detektory LHAASO však odhalily zcela jiný příběh. Observatoř funguje tak, že sleduje kaskády částic, nazývané vzdušné spršky, které se tvoří, když vysokoenergetické gama záření dopadne na zemskou atmosféru. Rekonstrukcí těchto spršek mohou vědci odhadnout energii a původ přicházejícího gama záření. Tým zjistil, že mlhovina kolem PSR J1849-0001 vyzařuje gama záření s výkonovým spektrem sahajícím až do 2 PeV, což je extrémní rozsah, který je vidět jen zřídka.

Ještě překvapivější je, že gama zářivost mlhoviny v energiích PeV je několikrát vyšší než u Krabí mlhoviny, a to i přes její slabší pulsar. To okamžitě vyvolalo otázku: jak může méně výkonný motor produkovat silnější vysokoenergetický výstup? Pro hlubší analýzu vědci zkombinovali data z LHAASO s rentgenovými pozorováními, aby zmapovali vnitřní podmínky mlhoviny, jako jsou magnetická pole a hustota částic. Tento vícevlnný přístup jim umožnil odhadnout, jak efektivně systém urychluje částice. Výsledek byl překvapivý: mlhovina pracuje s účinností nejméně 27 % teoretického limitu za ideálních magnetohydrodynamických podmínek. To je více než již tak působivých ~16 % u Krabí mlhoviny. Kvůli tomuto neočekávanému výkonu tým systém pojmenoval „Aquila Booster“.