Астрономы обнаружили в Млечном Пути природный ускоритель протонов рекордных энергий
Международная группа исследователей под руководством учёных из Университета Хиросимы впервые убедительно подтвердила существование в Млечном Пути природного ускорителя протонов сверхвысоких энергий — так называемого протонного ПэВатрона. Открытие поможет лучше понять происхождение космических лучей, которые на протяжении более века остаются одной из главных загадок астрофизики.
Для анализа учёные объединили данные трёх крупных обсерваторий — космического гамма-телескопа Fermi, рентгеновской обсерватории Chandra и японского радиотелескопа Nobeyama, что позволило подробно изучить объект LHAASO J1912+1014u.
Космические лучи состоят главным образом из протонов и способны достигать энергий, значительно превышающих возможности самых мощных земных ускорителей частиц. Например, Большой адронный коллайдер разгоняет протоны почти до скорости света, однако энергия некоторых космических лучей превышает 1 квадриллион электронвольт (10¹⁵ эВ). Источники таких частиц получили название ПэВатроны.
Объект LHAASO J1912+1014u был обнаружен в 2024 году китайской обсерваторией LHAASO в созвездии Орла неподалёку от звезды Альтаир. Изначально астрономы предполагали, что это остаток взрыва сверхновой или туманность, образованная пульсаром, однако имеющихся данных было недостаточно, чтобы определить природу источника.
Проблема заключалась в том, что высокоэнергетическое гамма-излучение может возникать как при ускорении протонов, так и электронов. Поэтому только наблюдений LHAASO и эксперимента Tibet ASγ было недостаточно для окончательного вывода.
Чтобы решить эту задачу, исследователи использовали данные сразу нескольких диапазонов электромагнитного спектра. Космический телескоп Fermi-LAT зарегистрировал гамма-излучение с энергией порядка гигаэлектронвольт, радиотелескоп FUGIN проследил распределение межзвёздного газа, а обсерватория Chandra измерила интенсивность рентгеновского излучения.
Анализ показал, что гамма-излучение объекта непрерывно охватывает диапазон от более чем 100 триллионов электронвольт до 400 миллионов электронвольт. Такая энергетическая картина плохо согласуется с моделью ускорения электронов, но полностью соответствует сценарию ускорения протонов до энергий уровня ПэВ.
Дополнительным доказательством стало совпадение карты гамма-излучения с распределением межзвёздного газа. Именно при столкновении ускоренных протонов с газовыми облаками возникают гамма-кванты, которые удалось зарегистрировать приборам. При этом наблюдения Chandra показали очень слабое диффузное рентгеновское излучение, что также говорит в пользу протонной природы источника.
По словам руководителя исследования Цунефуми Мидзуно, объединение данных разных телескопов стало ключом к разгадке. Он сравнил работу международной команды с японской пословицей о трёх стрелах, которые невозможно сломать вместе, подчеркнув, что только совместный анализ позволил окончательно подтвердить существование природного ускорителя протонов.
Учёные отмечают, что в Млечном Пути известно ещё несколько десятков возможных ПэВатронов. В дальнейшем они планируют провести аналогичный комплексный анализ других кандидатов, чтобы лучше понять происхождение самых энергичных космических лучей в нашей галактике.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.