Астрономія
Астрономія

У Чумацькому Шляху відшукали 12 прискорювачів космічних променів

Астрономи зафіксували 530 фотонів з енергіями в діапазоні від 100 тераелектронвольт до 1,4 петаелектронвольт, що походили з 12 джерел. Одним з них виявилася Крабоподібна туманність, точно встановити інші не вдалося, хоча деякі з них знаходилися поблизу залишків наднових, туманностей з пульсарами та регіонів зореутворення. Стаття про це надрукована у журналі Nature.

Крабоподібна туманність. NASA, ESA, J. Hester, A. Loll / Wikimedia Commons

Крабоподібна туманність. NASA, ESA, J. Hester, A. Loll / Wikimedia Commons

Що таке певатрони?

Космічні промені, енергія яких сягає понад 1 петаелектронвольт, вказують на існування так званих певатронів (PeVatrons) — джерел, які утворюють космічні промені та здатні прискорювати їхні частинки до енергій у масштабах петаелектронвольт. Це квадрильйон електронвольт, тобто число, що містить п’ятнадцять нулів. Такі джерела можуть вказати на походження галактичних космічних променів. Основною характеристикою як електронних, так і протонних певатронів є гамма-випромінювання надвисокої енергії. Астрономи знаходили докази присутності протонного певатрона в центрі нашої галактики, де виявляли випромінювання в жорсткій частині спектру, що сягало 0,04 петаелектронвольт, а у площині Чумацького Шляху фіксувалися гамма-промені з енергіями трохи вище 0,1 петаелектронвольт. Однак безсумнівне визначення певатронів вимагає гамма-променів зі значно вищими енергіями.

Що зафіксували астрономи?

Дослідники скористалися обсерваторією LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory), призначеною для досліджень космічних променів і гамма-променів з високою енергією. З її допомогою астрономи зафіксували 530 фотонів від 12 джерел з енергіями вище 100 тераелектронвольт (0,1 петаелектронвольт). Енергія двох із цих джерел перевищувала 0,8 петаелектронвольт, а для одного сягнула 1,4 петаелектронвольт.

Звідки походять ці промені?

Єдиним чітко вираженим джерелом фотонів стала Крабоподібна туманність. Це плеріон, тобто залишки наднової, у яких знаходиться пульсар. Ця туманність виділяється компактними розмірами, великою світністю пульсара, що досягається за рахунок його обертання, та великим магнітним полем. Розмір плеріонів визначається областю, в якій електрони, прискорюючись ударними хвилями, з’єднуються з потоком матеріалу туманності. Як правило, вони становлять до 10 парсеків. Ці гідродинамічні, зазвичай асиметричні утворення огорнуті більшими і стабільнішими структурами, що складаються з релятивістських електронів та позитронів, які вже вийшли з туманності і дифузно поширюються в міжзоряному середовищі. Попередні дослідження показали, що значна частина розширених джерел гамма-променів з високими енергіями пов'язана з цими гігантськими гало.

Мапа зафіксованих джерел (крім Крабоподібної туманності). Zhen Cao et al.

Мапа зафіксованих джерел (крім Крабоподібної туманності). Zhen Cao et al.

Решта джерел розташовані вздовж площини галактики. Поблизу із ними можна знайти потенційні аналоги як для виробництва гамма-променів, так і для прилеглих прискорювачів їхніх частинок. Це, зокрема, пульсари та плеріони, залишки наднових і молоді масивні зоряні скупчення. Незалежно від природи цих об'єктів, виявлені високоенергетичні фотони доводять існування певатронів у нашій галактиці.