Conosciamo tutti le bolle di bagni di sapone o bibite. Queste bolle dell'esperienza quotidiana sulla Terra sono larghe fino a pochi pollici, e sono costituiti da una sottile pellicola di liquido che racchiude un piccolo volume di aria o altro gas. Nello spazio, però, ci sono bolle molto diverse, composte da un gas più leggero all'interno di uno più pesante, e possono essere enormi.

La galassia NGC 3079, situato a circa 67 milioni di anni luce dalla Terra, contiene due "superbolle" diverse da qualsiasi cosa qui sul nostro pianeta. Un paio di regioni simili a palloncini si estendono ai lati opposti del centro della galassia:una è 4, 900 anni luce di diametro e l'altro è solo leggermente più piccolo, con un diametro di circa 3, 600 anni luce. Per contesto, un anno luce è circa 6 trilioni di miglia, o 9 trilioni di chilometri.

Le superbolle in NGC 3079 emettono luce sotto forma di raggi X, emissione ottica e radio, rendendoli rilevabili dai telescopi della NASA. In questa immagine composita, I dati a raggi X dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA sono mostrati in viola e i dati ottici del telescopio spaziale Hubble della NASA sono mostrati in arancione e blu. Una versione etichettata dell'immagine a raggi X mostra che la superbolla superiore è chiaramente visibile, insieme a sentori di emissione più debole dalla superbolla inferiore.

Nuove osservazioni di Chandra mostrano che in NGC 3079 un acceleratore di particelle cosmiche sta producendo particelle ultra-energetiche nei bordi delle superbolle. Queste particelle possono essere molto più energetiche di quelle create dal Large Hadron Collider (LHC) europeo. il più potente acceleratore di particelle creato dall'uomo al mondo.

Le superbolle in NGC 3079 forniscono la prova che esse e strutture simili potrebbero essere la fonte di particelle ad alta energia chiamate "raggi cosmici" che bombardano regolarmente la Terra. Le onde d'urto, simili ai boom sonici causati da aerei supersonici, associate all'esplosione di stelle possono accelerare le particelle fino a energie circa 100 volte maggiori di quelle generate nell'LHC, ma gli astronomi sono incerti sulla provenienza dei raggi cosmici ancora più energetici. Questo nuovo risultato suggerisce che le superbolle potrebbero essere una fonte di questi raggi cosmici ultra-energetici.

Le regioni esterne delle bolle generano onde d'urto mentre si espandono e si scontrano con il gas circostante. Gli scienziati pensano che le particelle cariche si diffondano o rimbalzino su campi magnetici aggrovigliati in queste onde d'urto, proprio come le palle che rimbalzano sui paraurti in un flipper. Quando le particelle attraversano il fronte d'urto vengono accelerate, come se avessero ricevuto un calcio dalla pinna di un flipper. Queste particelle energetiche possono sfuggire e alcune possono eventualmente colpire l'atmosfera terrestre sotto forma di raggi cosmici.

La quantità di onde radio o raggi X a diverse lunghezze d'onda, o "spettri, " di una delle bolle suggeriscono che la fonte dell'emissione siano gli elettroni che si muovono a spirale attorno alle linee del campo magnetico, e si irradia da un processo chiamato radiazione di sincrotrone. Questa è la prima prova diretta della radiazione di sincrotrone nei raggi X ad alta energia da una superbolla delle dimensioni di una galassia, e racconta agli scienziati le energie massime raggiunte dagli elettroni. Non è chiaro perché l'emissione di sincrotrone venga rilevata solo da una delle bolle.

Gli spettri radio e raggi X, insieme alla posizione dell'emissione di raggi X lungo i bordi delle bolle, implicano che le particelle responsabili dell'emissione di raggi X devono essere state accelerate nelle onde d'urto lì, perché avrebbero perso troppa energia mentre venivano trasportati dal centro della galassia.

Le superbolle di NGC 3079 sono cugine più giovani delle "bolle di Fermi, " localizzato per la prima volta nella galassia della Via Lattea nel 2010. Gli astronomi pensano che tali superbolle possano formarsi quando processi associati alla materia che cade in un buco nero supermassiccio al centro della galassia, che porta al rilascio di enormi quantità di energia sotto forma di particelle e campi magnetici. Le superbolle possono anche essere scolpite dai venti che fluiscono da un gran numero di giovani, stelle massicce.

Un documento che descrive questi risultati è stato condotto da Jiangtao Li dell'Università del Michigan e appare in The Giornale Astrofisico . È disponibile anche online. Il Marshall Space Flight Center della NASA a Huntsville, Alabama, gestisce il programma Chandra per la direzione della missione scientifica della NASA a Washington. L'Osservatorio Astrofisico Smithsonian di Cambridge, Massachusetts, controlla la scienza e le operazioni di volo di Chandra.