Gli astronomi sono riusciti per la prima volta a quantificare i componenti di protoni ed elettroni dei raggi cosmici in un residuo di supernova. Almeno il 70% dei raggi gamma ad altissima energia emessi dai raggi cosmici è dovuto a protoni relativistici, secondo la nuova analisi di imaging della radio, Raggi X, e radiazioni gamma. Il sito di accelerazione dei protoni, i principali componenti dei raggi cosmici, è stato un mistero di 100 anni nell'astrofisica moderna, questa è la prima volta che viene mostrata quantitativamente la quantità di raggi cosmici prodotti in un residuo di supernova ed è un passo epocale nella delucidazione dell'origine dei raggi cosmici.

L'origine dei raggi cosmici, le particelle con la più alta energia nell'universo, è stato un grande mistero sin dalla loro scoperta nel 1912. Poiché i raggi cosmici promuovono l'evoluzione chimica della materia interstellare, comprendere la loro origine è fondamentale per comprendere l'evoluzione della nostra Galassia. Si pensa che i raggi cosmici siano accelerati dai resti di supernova (i postumi delle esplosioni di supernova) nella nostra Galassia e abbiano viaggiato verso la Terra quasi alla velocità della luce. I recenti progressi nelle osservazioni dei raggi gamma hanno rivelato che molti resti di supernova emettono raggi gamma a energie teraelettronvolt (TeV). Se i raggi gamma sono prodotti da protoni, che sono la componente principale dei raggi cosmici, allora si può verificare l'origine del resto di supernova dei raggi cosmici. Però, i raggi gamma sono prodotti anche da elettroni, è necessario determinare se l'origine del protone o dell'elettrone è dominante, e per misurare il rapporto tra i due contributi (vedi anche Figura 1). I risultati di questo studio forniscono prove convincenti dei raggi gamma provenienti dalla componente protonica, che è il componente principale dei raggi cosmici, e chiarire che i raggi cosmici galattici sono prodotti da resti di supernova.

L'originalità di questa ricerca è che la radiazione gamma è rappresentata da una combinazione lineare di componenti di protoni ed elettroni. Gli astronomi conoscevano una relazione secondo cui l'intensità dei raggi gamma dai protoni è proporzionale alla densità del gas interstellare ottenuta dalle osservazioni di immagini a linee radio. D'altra parte, Si prevede inoltre che i raggi gamma degli elettroni siano proporzionali all'intensità dei raggi X degli elettroni. Perciò, hanno espresso l'intensità totale dei raggi gamma come la somma di due componenti di raggi gamma, uno dall'origine del protone e l'altro dall'origine dell'elettrone. Ciò ha portato a una comprensione unificata di tre osservabili indipendenti (Figura 2). Questo metodo è stato proposto per la prima volta in questo studio. Di conseguenza, è stato dimostrato che i raggi gamma di protoni ed elettroni rappresentano il 70% e il 30% dei raggi gamma totali, rispettivamente. Questa è la prima volta che le due origini sono state quantificate. I risultati dimostrano anche che i raggi gamma dei protoni sono dominati nelle regioni interstellari ricche di gas, mentre i raggi gamma degli elettroni sono potenziati nella regione povera di gas. Ciò conferma che i due meccanismi lavorano insieme e supportano le previsioni di precedenti studi teorici.

"Questo nuovo metodo non avrebbe potuto essere realizzato senza collaborazioni internazionali, " afferma il professor emerito Yasuo Fukui della Nagoya University. Ha guidato questo progetto e ha quantificato accuratamente la distribuzione della densità del gas interstellare utilizzando il radiotelescopio NANTEN e l'Australia Telescope Compact Array dal 2003. Sebbene la risoluzione dei raggi gamma fosse insufficiente per eseguire un'analisi completa in quel momento , Il professor Gavin Rowell e la dott.ssa Sabrina Einecke dell'Università di Adelaide e dell'H.E.S.S. il team ha notevolmente migliorato la risoluzione spaziale e la sensibilità dei raggi gamma nel corso degli anni, rendendo possibile confrontarli con precisione con il gas interstellare. Il Dr. Hidetoshi Sano dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone ha condotto l'analisi di imaging a raggi X dei set di dati d'archivio dal satellite europeo a raggi X XMM-Newton. Il dott. Einecke e il prof. Rowell hanno lavorato a stretto contatto con il prof. Fukui e il dott. Sano per realizzare studi dettagliati che esaminassero le correlazioni attraverso i raggi gamma, Emissione di raggi X e radio. "Questo nuovo metodo sarà applicato a più resti di supernova utilizzando il telescopio a raggi gamma di prossima generazione CTA (Cherenkov Telescope Array) oltre agli osservatori esistenti, che farà avanzare notevolmente lo studio dell'origine dei raggi cosmici."