Przestrzeń kosmiczną wypełnia promieniowanie. Są to głównie rozpędzone protony, znacznie rzadziej jądra atomów helu. Wyrzucają je w przestrzeń głównie kosmiczne eksplozje supernowych, choć strumienie cząstek płyną też z każdej gwiazdy i tworzą tak zwany wiatr gwiazdowy.

W centrum Drogi Mlecznej powstaje bardzo silne promieniowanie

Centrum naszej Galaktyki, odległe o około 26 tysięcy lat świetlnych, powinno być miejscem, gdzie takie promieniowanie powstaje obficie. Gęstość gwiazd i materii międzygwiazdowej jest tam milion razy większa niż w okolicy Układu Słonecznego.

W samym zaś centrum ukrywa się supermasywna czarna dziura, nazwana, od łacińskiej nazwy gwiazdozbioru, Sagittarius A* (skracana zwykle do Sgt A*). Jej grawitacyjne przyciąganie także rozpędza okoliczne cząstki wiatru gwiazdowego do prędkości bliskich prędkościom światła.

Jednak promieniowanie kosmiczne z centrum Galaktyki nie dobiega do nas znacznie częściej niż z innych, przypadkowych stron. Napływa do nas w miarę równomiernie ze wszystkich stron nieba – fachowo mówiąc, jest izotropowe.

Dlaczego tak się dzieje? Na trop odpowiedzi wpadli naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk w Nanjing.

Centrum Drogi Mlecznej działa jak gigantyczny akcelerator cząstek. Ale po drodze coś je zatrzymuje

Chińscy badacze wykorzystali dane z satelity Fermi, który obserwuje Wszechświat w zakresie promieniowania gamma. Powstaje ono, gdy tworzące promieniowanie kosmiczne cząstki zderzają się z innymi cząstkami materii. Dane z Fermiego wskazują, że centrum Drogi Mlecznej działa jak gigantyczny akcelerator cząstek, czyli produkuje promieniowanie kosmiczne w dużych ilościach.

Jednak okazało się, że istnieje także tajemnicza przeszkoda, która je zatrzymuje. Na obrzeżach galaktycznego centrum znajduje się „centralna strefa molekularna” (Central Molecular Zone, w skrócie CMZ). To pierścień gęstych obłoków pyłów i gazów krążący w promieniu od 1600 do 1900 lat świetlnych od centrum Galaktyki.

Tam natężenie promieniowania gamma znacząco spada. Oznacza to, że cząstki promieniowania kosmicznego coś musi tam zatrzymywać.

Silne pole magnetyczne może zatrzymywać promieniowanie

Trudno jednak jednoznacznie stwierdzić, co tworzy tę barierę. Głównym podejrzanym jest pole magnetyczne, które przechwytuje naładowane elektrycznie cząstki kosmicznego promieniowania.

Pole magnetyczne Słońca na przykład odpycha lżejsze cząstki promieniowania kosmicznego. Do centrum naszego układu przedostają się już tylko te cięższe i najbardziej rozpędzone.

– Jest dość prawdopodobne, że wewnątrz centralnej strefy molekularnej pole magnetyczne jest silniejsze niż na zewnątrz, co może zatrzymywać promieniowanie kosmiczne. Innym czynnikiem mogą być wiatry magnetyczne, których źródłem jest aktywność supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* – mówi Xiaoyuan Huang, jeden z autorów pracy. Zagadkę trzeba będzie jednak zbadać dokładniej.

Z czego składa się promieniowanie kosmiczne?

Ponad 99 procent cząstek kosmicznego promieniowania to jądra atomowe. Elektronów w tym promieniowaniu jest stukrotnie mniej.

Wśród jąder przeważają jądra wodoru (czyli protony), których jest aż 90 proc. Dziesięciokrotnie mniej jest jąder helu (około 9 proc.). Jeden procent stanowią zaś jądra cięższych pierwiastków: węgla, tlenu, magnezu, krzemu i żelaza.

Źródło: Nature Communications.