Происхождение космических лучей: сверхновые, как полагают, являются певатронами!
Многоканальная астрономия позволяет изучать астрофизические явления, в частности, объединяя наблюдение фотонов на различных длинах волн со спектром высокоэнергетических заряженных частиц, прибывающих к границам земной атмосферы. Некоторые из этих заряженных частиц являются протонами, и появляется все больше доказательств того, что эти космические лучи ускоряются при взрывах сверхновых.
Изучение космических лучей продолжается не только потому, что некоторые из присутствующих в них частиц были ускорены до энергий, недостижимых даже на современном БАКе, но и потому, что они дают информацию об астрофизических явлениях. Изучение космических нейтрино, например, может помочь нам понять активные ядра галактик, подпитываемые энергией вращающихся сверхмассивных черных дыр, аккрецирующих материю.
Однако здесь есть одна загвоздка. Космические лучи — это в основном заряженные частицы, что означает, что в турбулентных магнитных полях внутри галактик они отклоняются этими полями и движутся в броуновском и, следовательно, в стохастическом движении. Другими словами, направление, с которого высокоэнергетический протон, как кажется, приходит на небесный свод, создавая брызги вторичных частиц при столкновении с ядром в верхних слоях атмосферы, может не иметь ничего общего с местом его происхождения на том же небесном своде.
К счастью, астрофизики умны и разработали инструмент и стратегию для отслеживания происхождения некоторых из этих высокоэнергетических протонов в Млечном Пути. Они только что опубликовали статью на эту тему, версию которой можно найти в открытом доступе на сайте .
Этот инструмент — космический гамма-телескоп НАСА, названный "Ферми" в честь знаменитого итальянского физика, впервые предложившего механизмы ускорения космических лучей, которые связаны с ударными волнами от взрывов сверхновых в межзвездной среде.
Несколько лет назад, наблюдения Ферми за остатками сверхновых уже подтвердили существование механизмов, выдвинутых для космических протонов, которые на самом деле являются основным компонентом космических лучей, несмотря на то, что в них можно найти позитроны и ядра.
Поэтому сегодня астрофизики объясняют, что они аналогичным образом использовали около 12 лет измерений Ферми потока гамма-излучения остатка сверхновой, и что эти измерения подтвердили, что, по крайней мере, этот остаток действительно был ускорителем протонов, дающим им энергию, по крайней мере равную ПэВ, то есть по крайней мере в 100 раз больше энергии протона, ускоренного на БАК.
Этот остаток сверхновой, названный G106.3+2.7, является настоящим певатроном и находится в созвездии Цефея, приполярном созвездии в северном полушарии, примерно в 2600 световых годах от Солнечной системы. В его центре находится пульсар J2229+6114, который, как и все другие пульсары, считается нейтронной звездой, оставшейся после взрыва звезды, вызвавшей остаток сверхновой G106.3+2.7.
Исследователи установили энергетический спектр фотонов гамма-излучения в диапазоне от 100 ГэВ до 100 ТэВ, изучив данные, собранные "Ферми". Этот спектр не совместим со спектром фотонов гамма-излучения, которые образуются в основном в результате столкновения высокоэнергетических электронов с фотонами ископаемого излучения и отдачи части своей энергии в результате обратного эффекта Комптона (пульсары, как известно, являются ускорителями электронов и позитронов). Если бы они были электронами, это противоречило бы форме радио- и рентгеновского спектра, связанного с G106.3+2.7.
Как и несколько лет назад, вывод состоит в том, что гамма-фотоны, наблюдаемые Ферми, происходят от распада нейтральных π-мезонов, то есть π-мезонов, образующихся при столкновениях протонов с энергиями до и выше ПэВ.