Вчені виявили в галактиці найпотужніший прискорювач часток
Астрономи давно вдавалися в питання, звідки в нашій галактиці беруть початок космічні промені високої енергії? Нові спостереження за допомогою обсерваторії High Altitude Water Cherenkov Experiment (HAWC) виявили практично неможливого кандидата: в іншому гігантська молекулярна хмара – звичайне явище, пише 1NEWS з посиланням на root-nation.com.
Космічні промені – це зовсім не промені, а скоріше крихітні частинки, які рухаються через Всесвіт майже зі швидкістю світла. Вони можуть складатися з електронів, протонів або навіть іонів важчих елементів. Вони створюються у всіляких високоенергетичних процесах по всьому космосу, від вибухів наднових до злиття зірок і навіть, коли чорна діра всмоктує газ. Космічні промені бувають самих різних енергій, і, взагалі кажучи, космічні промені з вищими енергіями зустрічаються рідше, ніж їх родичі з низькими енергіями. Це співвідношення змінюється дуже незначно при певній енергії – 10^15 електрон-вольт – яка називається «коліном». Електрон-вольт, або еВ, – це просто спосіб, яким фізики елементарних часток люблять вимірювати рівні енергії. Для порівняння: найпотужніший колайдер часток на Землі, Великий адронний колайдер, може досягати 13×10^12 еВ, що часто позначається як 13 тераелектронвольт або 13 ТеВ.
Космічні промені з енергією вище 10-15 еВ зустрічаються набагато рідше, ніж можна було б очікувати. Це змусило астрономів повірити, що будь-які космічні промені на цьому рівні енергії і вище приходять ззовні галактики, в той час, як процеси в Чумацькому Шляху здатні виробляти космічні промені до 10-15 еВ включно. Все, що створює ці космічні промені, буде в діапазоні «пета» і, отже, більш ніж в 1000 разів могутніше, ніж наші кращі прискорювачі часток – природні «пеВатрони», що блукають по галактиці.
Місія проста: знайти джерело космічних променів масштабу ПЕВ в Чумацькому Шляху. Але, не дивлячись на їх енергію, важко визначити їх походження. Це тому, що космічні промені складаються із заряджених часток, а заряджені частинки, які подорожують в міжзоряному просторі, реагують на магнітне поле нашої галактики. Таким чином, коли ви бачите космічний промінь високої енергії, що виходить із певного напряму в небі, ви насправді поняття не маєте, звідки він насправді прийшов – його шлях викривлявся і викривлявся в ході його подорожі до Землі. Але замість того, щоб шукати космічні промені безпосередньо, ми можемо пошукати їх родичів.
Коли космічні промені випадково потрапляють в хмару міжзоряного газу, вони можуть випускати гамма-промені, високоенергетичну форму випромінювання. Ці гамма-промені проходять через галактику по прямій лінії, що дозволяє нам безпосередньо визначати їх походження. Тому, якщо ми бачимо джерело сильного гамма-випромінювання, ми можемо шукати довколишні джерела космічних променів ПЕВ.
Цей метод використовувала група дослідників, яка використовує HAWC, який розташований на вулкані Сьєрра-Негра на півдні центральної частини Мексики. HAWC «дивиться» в небо поруч з резервуарами, наповненими надчистою водою. Коли частинки високої енергії або радіація потрапляють в резервуари, вони випромінюють спалах синього світла, дозволяючи астрономам відстежити джерело на небі.
Детально в статті, яка недавно з’явилася в журналі arXiv, астрономи виявили джерело гамма-випромінювання, що перевищує 200 ТеВ, яке може бути створене тільки ще більш потужними космічними променями – видами космічних променів, які досягають шкали ПЕВ. Джерело, що отримало назву HAWC J1825-134, розташоване приблизно в напрямку центру Галактики. HAWC J1825-134 представляється нам яскравою плямою гамма-променів, освітленим якимось невідомим джерелом космічних променів – можливо, найпотужнішим відомим джерелом космічних променів в Чумацькому Шляху.
Кілька звичайних підозрілих джерел космічних променів високих енергій знаходяться в межах декількох тисяч світлових років від HAWC J1825-134, але жоден з них не може легко пояснити сигнал. Наприклад, галактичний центр сам по собі є відомим генератором інтенсивних космічних променів, але він занадто далеко від HAWC J1825-134, тому не має відношення до цих вимірів. Є деякі залишки наднових, і наднові, безсумнівно, дуже потужні. Але всі наднові в районі HAWC J1825-134 вибухнули давним-давно – занадто давно, щоб створювати ці космічні промені високої енергії зараз.
Пульсари – щільні залишки ядер масивних зірок, які швидко обертаються – також виробляють рясну кількість космічних променів. Але вони теж знаходяться занадто далеко від джерела гамма-випромінювання – енергії електронів і протонів, що виходять від пульсара, вони просто недостатньо високі, щоб пройти тисячі світлових років до місця випромінювання гамма-випромінювання.
Дивно, але джерелом цих рекордних космічних променів виявилося ніщо інше, як гігантська молекулярна хмара. Ці хмари – гігантські незграбні істоти, наповнені пилом і газом, які бродять по галактиці. Іноді вони стискаються і перетворюються на зірки, але в іншому вони можуть залишатися спокійними і розкутими протягом мільярдів років.
Усередині хмарного комплексу знаходиться скупчення новонароджених зірок, але навіть найхимерніші і гучні молоді зірки не вважаються досить потужними, щоб запускати такі космічні промені. Самі дослідники визнають, що не знають, як це робить ця хмара, але якимось чином, коли ніхто не звертав уваги, вона генерувала одні з найпотужніших часток у всій галактиці.
