Загадочное космическое излучение — серьёзная угроза для космонавтов. Новое исследование может раскрыть его происхождение
Учёные из Норвежского университета науки и технологий приблизились к разгадке природы космических лучей — высокоэнергетических частиц, которые долгое время оставались одной из главных тайн астрофизики.
Несмотря на название, космические лучи представляют собой не излучение, а поток разогнанных до огромных скоростей частиц, в основном атомных ядер. Их источник до сих пор точно не установлен, но учёные предполагают, что они рождаются в экстремальных условиях — рядом с нейтронными звёздами, чёрными дырами или в результате взрывов сверхновых.
Ветер чёрных дыр как возможный источник
«Мы предполагаем, что это высокоэнергетическое излучение создаётся ветрами сверхмассивных чёрных дыр», — говорит соавтор исследования Фотини Ойконому, доцент кафедры физики Норвежского университета науки и технологий.
В центре нашей галактики Млечный Путь находится чёрная дыра Стрелец A*, которая сейчас относительно спокойна. Однако другие сверхмассивные чёрные дыры во Вселенной активно поглощают материю, иногда «выплёвывая» часть её обратно в космос.
«Небольшая часть вещества выбрасывается наружу, прежде чем быть поглощённой чёрной дырой», — объясняет соавтор работы Энрико Ператти из Университета Париж Сите. «В результате около половины сверхмассивных чёрных дыр создают ветра, разгоняющиеся до половины скорости света».
Моделирование ультравысоких энергий
Учёные обнаружили эти мощные потоки около десяти лет назад и выяснили, что они могут влиять на целые галактики, например, подавляя звёздообразование. Теперь исследователи предположили, что эти же ветра могут разгонять частицы до колоссальных энергий.
«Возможно, именно эти ветра ускоряют частицы, создающие ультравысокоэнергетическое излучение», — говорит ведущий автор исследования Доменик Элерт.
По словам Ойконому, энергия таких частиц достигает 10²⁰ электронвольт. Для сравнения: если бы такая энергия была передана теннисному мячу, он бы летел со скоростью 200 км/ч. Это в миллиард раз мощнее, чем частицы, создаваемые в Большом адронном коллайдере.
Опасность для космонавтов
На Земле космические лучи не представляют угрозы — атмосфера поглощает их задолго до того, как они достигнут поверхности. Однако для космонавтов они могут быть серьёзной проблемой.
«Основную опасность представляет низкоэнергетическое излучение от Солнца, так как оно встречается чаще. Частицы, которые мы изучаем, слишком редки, чтобы представлять непосредственную угрозу», — уточняет Ойконому.
Проверка гипотезы
Ранее учёные рассматривали и другие возможные источники космических лучей, включая галактики со вспышками звёздообразования, гамма-всплески и выбросы плазмы из чёрных дыр. Однако доказательств их причастности пока нет.
«Наша модель хорошо согласуется с данными, но мы пока не можем точно сказать, что именно ветра чёрных дыр разгоняют частицы», — отмечает Ойконому.
Остаётся и ещё одна загадка: химический состав частиц в определённом энергетическом диапазоне пока не удаётся объяснить. В будущем учёные планируют проверить свою гипотезу с помощью нейтринных экспериментов.
Исследование в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.