«Обломки» сверхновой излучают космические лучи в глубоком космосе

Некоторое космическое излучение, врезающееся в Землю, имеет взрывное происхождение. Астрономы заметили обломки взрыва сверхновой, потенциально способные выбрасывать высокоэнергетические частицы  —  или космические лучи  — , которые часто бомбардируют Землю. Их новые результаты связывают ударные волны и обломки, созданные умирающими звездами, с естественными ускорителями протонов высокой энергии в космосе, которые получили название ПэВатроны. 

До этого исследования уже были сняты отпечатки пальцев нескольких подозреваемых ПеВатронов, в том числе один в центре нашей галактики Млечный Путь. Исследовательская группа говорит, что их новая находка остатков взрыва сверхновой  —  облако материала под названием G106.3+2.7  —  может быть самый многообещающим кандидатом.

Обломки спрятаны в 2600 световых годах от Земли, имеют форму кометы и имеют яркий пульсар — сильномагнитную вращающуюся нейтронную звезду — на одном конце. Поскольку нейтронные звезды образуются, когда звезды подвергаются гравитационному коллапсу, который также запускает сверхновые, у исследователей есть веские основания полагать, что пульсар и облако обломков сверхновой были созданы одним и тем же сильным событием.

С помощью телескопа NASA Fermi Large Area Telescope астрономы заметили послесвечение высокоэнергетического гамма-излучения, что означает, что G106.3+2.7 может быть способен к подвигу, связанному с PeVatron, по выбросу частиц с энергиями, эквивалентными миллиону миллиардов электронвольт  —  в 10 раз больше. как энергии, генерируемые большим адронным коллайдером, самым мощным ускорителем частиц на Земле.

«Теоретики считают, что протоны космических лучей с самой высокой энергией в Млечном Пути достигают энергии в миллион миллиардов электрон-вольт или ПэВ», — сказал доцент физики Висконсинского университета в Мэдисоне Ке Фанг в заявлении НАСА. «Точную природу их источников, которые мы называем PeVatrons, было трудно определить».

Ученые подозревают, что обломки сверхновой из мертвых звезд ускоряют частицы до таких высоких энергий, когда заряженные частицы захватываются окружающими их магнитными полями. Этот процесс позволяет ударным волнам сверхновой многократно ударять по захваченным частицам, каждый раз увеличивая их энергию.

И наконец, частицы настолько энергичны, что останки сверхновых не могут их удержать, и частицы улетают в космос со скоростью, близкой к световой, как космические лучи. Проследить космические лучи до обломков сверхновой было трудно, потому что протоны, из которых состоят космические лучи, электрически заряжены.

Таким образом, космические лучи склонны к рассеянию при взаимодействии с магнитными полями, когда они путешествуют в космосе. Поэтому астрономы не могут легко сказать, с какого направления лучи приходят, когда они, наконец, достигают нашей планеты. Однако, поскольку ускорение протонов до таких высоких скоростей вызывает испускание гамма-лучей, этот высокоэнергетический свет может быть хорошим показателем для обнаружения источника космических лучей.

Как Ферми, так и система телескопов с очень высокой радиационной визуализацией (VERITAS) в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла в южной Аризоне обнаружили гамма-лучи внутри хвоста обломков сверхновой G106.3+2.7. фотоны высокой энергии, исходящие из той же области, что указывает на то, что это действительно мог быть ПеВатрон.

«Этот объект уже некоторое время вызывает значительный интерес, но чтобы короновать его как PeVatron, нам нужно было доказать, что он ускоряет протоны», — сказал исследователь Хенрике Флейшхак из центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд.

«Загвоздка в том, что электроны, ускоренные до нескольких сотен ТэВ, могут производить такое же излучение. Теперь, с помощью данных Ферми за 12 лет, мы думаем, что доказали, что G106.3+2.7 действительно является ПэВатроном».

Чтобы проанализировать гамма-лучи кометообразного облака, команде пришлось сначала учесть пульсар , получивший название J2229+6114 , испускающий собственные гамма-лучи при быстром вращении, поскольку высокоэнергетический свет направляется к Земле только во время половине периода вращения пульсара исследователи просто игнорировали гамма-излучение в этот период.

Хвост G106.3+2.7 испускает несколько гамма-квантов с энергиями ниже 10 гигаэлектронвольт (ГэВ); выше этого эталона эффект пульсара был незначительным.

Отсутствие гамма-квантов ниже 10 ГэВ также указывало на обнаруженные обнаруженные эмиссии не были вызваны ускоряющими электронами. Это открытие привело исследователей к выводу, что источником некоторых гамма-лучей от G106.3+2.7 действительно было ускорение протонов до энергий уровня ПэВ.

«Пока что G106.3+2.7 уникальна, но она может оказаться самым ярким членом новой популяции остатков сверхновых, испускающих гамма-лучи, достигающие энергий ТэВ, — сказал Фанг.

В будущем их может быть обнаружено больше». наблюдения Ферми и гамма-обсерваторий очень высоких энергий».