Космічні промені рекордної енергії припускають таємниче джерело поблизу нашої Сонячної системи
5. грудень, 2024 в 20:55
Виявлення електронів рекордної енергії у космічних променях відкриває більш детальну картину екстремальних космічних явищ і вказує на таємниче джерело, розташоване близько до нашої Сонячної системи.
Про відкриття розповідає блог "Цікава наука".
Електрони космічних променів (CRe) -- один з найбільш невловних різновидів заряджених частинок, що вивчаються астрофізиками. Маючи енергією, що перевищує один тераелектронвольт (ТеВ), їхня рідкісність ускладнює їхнє вивчення, і залишається багато питань щодо їхнього походження.
На відміну від гамма-променів, які можуть подорожувати космосом без перешкод, електрони космічних променів взаємодіють як з магнітними полями, так і зі світлом, що позбавляє їх енергії під час подорожі.
Тепер, завдяки даним, зібраним за останнє десятиліття обсерваторією Високоенергетичної стереоскопічної системи (H.E.S.S.) в Намібії, астрофізики нарешті змогли виявити розрив у розподілі енергії електронів, що переносяться в космічних променях. Отримані дані вказують на їх таємниче походження в декількох потужних джерелах, які, що інтригує, розташовані близько до нашої Сонячної системи.
Відкриття також дає астрономам чіткіше уявлення про космічні прискорювачі, які знаходяться поблизу, що допомагає уточнити наше розуміння екстремальних космічних явищ, які лежать в основі генерації цих невловних частинок.
У Всесвіті мешкає цілий ряд неймовірно екстремальних середовищ, деякі з яких можуть створювати частинки з енергіями, що навіть значно перевищують ті, які генеруються ядерним синтезом всередині зірок.
Заряджені частинки, такі як електрони космічних променів, дають важливі підказки про природу цих високоенергетичних космічних середовищ. Хоча гамма-промені можуть прямувати безпосередньо до Землі, космічні промені послаблюються при взаємодії з магнітними полями, що створює труднощі для астрофізиків, які намагаються розпізнати інформацію про їхнє походження.
Серед проблем, що виникають, є питання, пов'язані з виявленням високоенергетичних електронів космічних променів за допомогою космічних інструментів з обмеженою зоною виявлення. Тим часом наземні обсерваторії стикаються з власними проблемами, зокрема з труднощами у спробах розрізнити електрони та позитрони в космічних променях, порівняно з великою кількістю протонів і ядер, що утворюються в результаті зіткнення з атмосферою нашої планети, які дощем засипають Землю.
Навіть попри ці перешкоди, саме виявлення космічних променів тут, на Землі, вказує на існування потужних природних прискорювачів частинок, які повинні існувати відносно близько.
Обсерваторія H.E.S.S. з її мережею телескопів застосовує унікальну стратегію подолання цих проблем: вона вловлює черенковське випромінювання, яке утворюється при зіткненні космічних променів з атмосферою нашої планети.
Нещодавно дослідники H.E.S.S. провели найбільший у своєму роді аналіз, використавши передові алгоритми, які допомогли їм пробратися крізь дані, зібрані чотирма 12-метровими телескопами обсерваторії за останнє десятиліття. Результатом цих зусиль став унікальний набір даних, який запропонував безпрецедентне розуміння вічно невловних електронів космічного проміння, що дозволило дослідницькій групі розширити свої вимірювання цих частинок до енергій, що сягають 40 ТеВ.
Крім того, аналіз, проведений групою, виявив досить значний перепад у розподілі енергії електронів космічного випромінювання -- спостереження, яке вказує на їхнє ймовірне походження дуже близько від нас.
"Це важливий результат", - каже Катрін Егбертс з Потсдамського університету, яка додала, що "Ми можемо зробити висновок, що виміряні CRe, швидше за все, походять з дуже небагатьох джерел поблизу нашої Сонячної системи".
У галактичних масштабах це означає, що джерело високоенергетичних подій, які виробляють ці загадкові частинки, знаходиться дуже близько. Попри традиційні проблеми, з якими стикаються наземні обсерваторії, нещодавні результати H.E.S.S. демонструють, як дослідники, що використовують їх для застосування нових стратегій, все ще можуть розпізнати дивовижну кількість значущих даних, які включають глибше розуміння цих високоенергетичних діапазонів у близькому космосі.
Насправді, за словами професора Вернера Гоффмана з Інституту ядерної фізики імені Макса Планка, таке розуміння може бути недосяжним за допомогою космічних обсерваторій. "Дуже низькі потоки при більших ТеВ обмежують можливості космічних місій конкурувати з цим вимірюванням", - сказав він.
Виходячи за рамки простого розуміння природи та походження електронів космічних променів, нові висновки команди також допомагають розширити наші знання про прилеглі космічні регіони та енергетичні процеси, що відбуваються там.
"Наше вимірювання не тільки надає дані в критично важливому й раніше недослідженому енергетичному діапазоні, впливаючи на наше розуміння місцевої околиці, але й, ймовірно, залишиться еталоном на найближчі роки", - сказав Матьє де Науруа, науковий співробітник CNRS.
Зрештою, нещодавні результати команди H.E.S.S. пропонують астрофізикам нові важливі підказки про процеси, що відбуваються з прилеглими космічними прискорювачами, а також створюють основу для майбутніх досліджень високоенергетичних явищ, що відбуваються у нашому Всесвіті.
Результати роботи команди викладені у дослідженні під назвою "Високостатистичне вимірювання спектра космічних променів за допомогою H.E.S.S.", яке було опубліковано в журналі Physical Review Letters.