Je zdrojem extrémního kosmického záření supermasivní černé díra? Kredit: Mark A. Garlick/ H.E.S.S. Collaboration.

Naši starou dobrou Zemi nepřetržitě bombardují vysokoenergetické částice kosmického záření, tedy hlavně protony a jádra hélia, které ještě doplňuje špetka elektronů a dalších částic. Částice kosmického záření jsou elektricky nabité, takže jejich pohyb zásadní způsobem ovlivňují magnetická pole, která prostupují celou Mléčnou dráhou. Stejně fungují i naše lokální magnetická pole ve Sluneční soustavě, ostatně i planeta Země má jedno takové.

Soustava teleskopů H.E.S.S. Kredit: Klepser, DESY, H.E.S.S. Collaboration.

Mít magnetické pole je super, funguje totiž jako štít, který odrazí značnou část nebezpečných částic kosmického záření směřujících k Zemi. Pro astrofyziky, kteří pátrají po původu částic kosmického záření, to je ale ohromný problém. Magnetická pole v Mléčné dráze totiž zamotají směr letu kosmického záření natolik, že je zhola nemožné přímo zjistit, z jakých zdrojů k nám kosmické záření vlastně přilétá. A to je i důvod, proč tajemství původu kosmického záření představuje jednu z nejvytrvalejších záhad soudobé vědy o vesmíru. Ať se snažíme sebevíc, v drahách částic kosmického záření panuje totální chaos.

Není to ale úplně beznadějné. Kosmické záření totiž naštěstí interaguje se světlem a kosmickým plynem v okolí zdrojů, přičemž nepochybně vzniká gama záření. A gama záření, to je jiná káva. Tvrdé gama paprsky proletí vesmírem jako nůž máslem a z magnetických polí v Mléčné dráze mají legraci. Proto bychom s trochou štěstí mohli vystopovat jejich zdroj a s ním i vlastní zdroj kosmického záření. Když vysokoenergetické gama záření přiletí z vesmíru k Zemi, tak zasáhne částice ze svrchní vrstvy pozemské atmosféry. To vyvolá spršku sekundárně vzniklých částic, které vyzáří krátký záblesk Čerenkovova záření. A tohle záření mohou zachytit speciální teleskopy s velkými zrcadly, citlivými fotodetektory a rychlou elektronikou. Novou generaci takových teleskopů představuje soustava H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System), která pracuje v jihoafrické Namibii.

SgrA* - supermasivní černá díra Mléčné dráhy. Kredit: NASA.

Samotná soustava teleskopů H.E.S.S. objevila kolem stovky zdrojů kosmického záření o energiích do 100 teraelektronvoltů (TeV, čili deset na dvanáctou eV). Jsou to většinou pozůstatky supernov a podobné objekty. Teoretické výpočty a také přímá pozorování přilétajícího kosmického záření ale ukazují, že v Mléčné dráze existují vesmírné urychlovače částic, které vystřelují extrémní kosmické záření o energii 1 petaelektronvoltu (PeV, čili deset na patnáctou eV), a možná ještě vyšší. Pátrání po takovém ultimátním zdroji kosmického záření ale zatím vyznělo naprázdno.

Jak by mohlo vznikat extrémně energetické gama záření? Kredit: Mark A. Garlick/ H.E.S.S. Collaboration.

Vědci sdružení ve velmi početném týmu, který si říká HESS Collaboration, po více než 10 let mapují vysokoenergetické gama záření v okolí centra Mléčné dráhy. Detailní analýzou nejnovější várky dat ze soustavy H.E.S.S. se jim povedlo vůbec poprvé vystopovat zdroj petaelektronvoltového kosmického záření. Z analýz HESS Collaboration vyplývá, že někde v okruhu 33 světlených let kolem samotného centra Mléčné dráhy, v němž sedí supermasivní černá díra, jede na plné obrátky astrofyzikální, tedy vesmírný urychlovač částic, který urychluje částice kosmického záření, převážně protony, na energie kolem 1 petaelektronvoltu. A podle vědců HESS Collaboration tam takhle šlape minimálně tisíc let nepřetržitě. Astrofyzici milují přezdívky a vystopovaný vesmírný urychlovač ihned pokřtili jako Pevatron (podle dosahovaných energií, podobně jako Tevatron ve Fermilabu).

Pevatron není žádné ořezávátko. Urychluje protony na 100 vyšší energie, než to zvládneme na pozemském Velkém hadronovém srážeči LHC v CERN. Badatelé se teď snaží upřesnit, co je Pevatron zač a kde přesně se nachází. Centrum Mléčné dráhy je totiž plné objektů, které by teoreticky mohly vyrábět extrémně energetické kosmické záření. Jsou tam pozůstatky supernov, kompaktní shluky masivních hvězd i samotná supermasivní černá díra. A právě veliká černá díra v srdci Mléčné dráhy je podle HESS Collaboration hlavním podezřelým. Prý si lze představit hned několik oblastí, kde by u supermasivní černé díry mohl fungovat extrémní vesmírný urychlovač částic.

Samotný mechanismus Pevatronu stále není úplně jasný. Problém je také v tom, že současná aktivita supermasivní černé díry nedokáže vysvětlit pozorované množství vysokoenergetického kosmického záření v Mléčné dráze. Pokud ale naše domácí supermasivní černá díra byla v minulosti divočejší, tak by to bylo něco jiného. Další pozorování určitě odhalí ještě víc pikantností.

Video:  Namibian Telescopes Unravels Mysteries Of Dark Matter & The Universe!


Literatura
CNRS 16. 3. 2016, Nature online 16. 3. 2016, Wikipedia (Cosmic Ray, Cherenkov radiation).
ma záření? Kredit: Mark A. Garlick/ H.E.S.S. Collaboration.