Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) to obserwatorium promieniowania gamma i promieniowania kosmicznego w Daocheng w Tybecie w Chinach. Jego zadaniem jest obserwowanie pęków atmosferycznych cząstek wytworzonych na skutek oddziaływania z atmosferą promieniowania gamma lub promieniowania kosmicznego. Znajduje się na wysokości 4,4 km nad poziomem morza i rozpoczęło prace w 2019 roku.

Na obszarze 145 hektarów znajdują się trzy podziemne baseny, obserwowane przy pomocy teleskopów w celu wykrycia promieniowania Czerenkowa, powstającego, gdy cząstka porusza się w ośrodku (np. w basenie z wodą) z prędkością większą niż prędkość fazowa światła w tym ośrodku. Promieniowanie Czerenkowa można obserwować np. w chłodziwie reaktorów jądrowych. Jego obserwacje są też wykorzystywane w astronomii do badania w sposób pośredni najbardziej wysokoenergetycznego promieniowania z kosmosu, przed którym chroni nas ziemska atmosfera.

W ramach obserwacji LHAASO udało się wykryć ultrawysokoenergetyczne promieniowania gamma o energiach przekraczających 100 teraelektronowoltów (100 TeV). Promieniowanie pochodzi od układu podwójnego LS I +61° 303.

Pochodzenie najbardziej energetycznego promieniowania kosmicznego cały czas stanowi przedmiot debat wśród astrofizyków. W szczególności poszukiwane są miejsca w kosmosie zdolne do przyspieszania cząstek do energii petaelektronowoltów (czyli tysiąca teraelektronowoltów). Układy podwójne promieniowania gamma to potencjalne miejsca do takich procesów. Składają się z masywnej gwiazdy oraz zwartego obiektu (gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury). Niestety znanych jest niewiele przypadków tego typu systemów z emisjami przekraczającymi 0,1 TeV.

Układ LS I +61° 303 był już wcześniej badany dla energii około 10 TeV. Dotąd nie było wiadomo, czy jest w stanie przyspieszać cząstki do jeszcze większych energii.

Zespół projektu LHAASO zmierzył widmo energetyczne LS I +61° 303 w zakresie do 200 TeV. Pomiary potwierdziły, że mamy do czynienia z ultrawysokoenergetycznym układem podwójnym promieniowania gamma. Co więcej, udało się ustalić, że jasność w promieniowaniu gamma zmienia się z okresem orbitalnym 26,5 dnia, co świadczy o skomplikowanych procesach fizycznych zachodzących w układzie.

W układach podwójnych silne pole magnetyczne powoduje, że wysokoenergetyczne elektrony gwałtownie tracą energię poprzez promieniowanie synchrotronowe. Ten proces uniemożliwia przyspieszanie elektronów do ultrawysokich energii. Zatem wykrycie fotonów o energiach ponad 100 TeV sugeruje, że w niektórych momentach okresu orbitalnego do wysokich energii przyspieszane są fotony, które zderzają się z gęstym wiatrem gwiazdowym, wytwarzając ultrawysokoenergetyczne promieniowanie gamma.

Badacze sugerują, że układ LS I +61° 303 jest potencjalnym miejscem do przyspieszania cząstek nawet do energii petaelektronowoltów.

Wyniki badań zostały opisane w „Physical Review Letters”. Pierwszym autorem pracy jest Zhen Cao z Instytutu Fizyki Wysokich Energii Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie, Uniwersytetu Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie oraz Centrum Badań Promieniowania Kosmicznego TIANFU w Chengdu w Chinach. (PAP)

cza/ agt/