Překvapivý objev: Dvojhvězda LS I +61° 303 vyzařuje gama záření o energii 100 TeV a mění fyziku částic

Vědci objevili binární hvězdný systém LS I +61° 303, který emituje gama záření o energii přesahující 100 tera-elektronvoltů (TeV). Tento objev, učiněný observatoří LHAASO, je významný, protože jde o první potvrzenou detekci takto extrémní emise z gama-zábleskové dvojhvězdy.

Vědci objevili binární hvězdný systém LS I +61° 303, který emituje gama záření o energii přesahující 100 tera-elektronvoltů (TeV). Tento objev, učiněný observatoří LHAASO, je významný, protože jde o první potvrzenou detekci takto extrémní emise z gama-zábleskové dvojhvězdy. Pro srovnání, tato energie je více než 15krát vyšší než energie jednoho protonu v nejvýkonnějším lidmi vytvořeném urychlovači, Velkém hadronovém srážeči (LHC), který dosahuje přibližně 6,5 TeV na proton.

Tento nález naznačuje, že tyto systémy mohou fungovat jako tzv. PeVatrony, schopné urychlovat částice na energie peta-elektronvoltů (PeV). To mění dosavadní teorie o tom, jaké typy kosmických objektů mohou být zdrojem nejenergetičtějších částic v naší galaxii – kosmického záření, jehož původ zůstává záhadou více než sto let. Pozorování LHAASO umožnila posunout měření systému LS I +61° 303 z dřívějších 10 TeV až k téměř 200 TeV, což ho jednoznačně řadí mezi ultra-vysokoenergetické zářiče.

Detekce takto extrémního záření není jednoduchá. Gama záření o těchto energiích nedosahuje detektorů přímo; místo toho se sráží se zemskou atmosférou a spouští kaskády částic, známé jako spršky. Observatoř LHAASO je navržena tak, aby tyto spršky zachytávala. Sledováním šíření a dopadu těchto sekundárních částic na zem mohou vědci zpětně odhadnout energii a původ přicházejícího gama záření.

Systém LS I +61° 303 je dynamický. Skládá se z masivní hvězdy a kompaktního objektu – pravděpodobně neutronové hvězdy nebo černé díry – které se obíhají každých 26,5 dne. Vědci zjistili, že výstup gama záření se nejen mění, ale jeho charakter se liší v závislosti na energii a fázi oběžné dráhy. Tato variabilita naznačuje, že prostředí urychlování částic, včetně síly magnetického pole a hustoty částic, se neustále mění.

Tato variabilita také pomáhá identifikovat zapojené částice. V intenzivních magnetických polích elektrony rychle ztrácejí energii a je pro ně obtížné dosáhnout ultra-vysokých energií. Proto přítomnost gama záření nad 100 TeV silně naznačuje, že práci vykonávají protony nebo těžší částice. Tyto částice mohou cestovat dále a srážet se s hustými hvězdnými větry, čímž prostřednictvím vysokoenergetických interakcí produkují gama záření. To odlišuje gama-zábleskové dvojhvězdy od známějších kandidátů, jako jsou zbytky supernov, kde je proces urychlování srovnatelně stabilnější.

Objev sice rozšiřuje seznam potenciálních zdrojů kosmického záření, ale zároveň komplikuje stávající modely kvůli silné závislosti na oběžné fázi. Přesný mechanismus urychlování zatím není zcela objasněn a přímé potvrzení hadronických procesů bude vyžadovat další signály, například neutrina. Další kroky se pravděpodobně zaměří na kombinaci pozorování napříč různými „posly“, včetně gama záření, kosmického záření a neutrin, aby se získal jasnější obraz dění uvnitř těchto systémů. Studie byla publikována v časopise Physical Review Letters.