Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, движущиеся почти со скоростью света. Они были открыты еще в 1912 году, но их источники до сих пор остаются неясными.
Астрофизики определили откуда на Землю падают космические лучи
Группа астрофизиков из Мичиганского университета сделали важный шаг к разгадке происхождения галактических космических лучей. Астрофизики провели комплексное исследование источников космических лучей, используя данные космических рентгеновских телескопов и высокогорной обсерватории LHAASO в Китае. Ученые идентифицировали PeVatron — природный ускоритель космических частиц.
Крабовидная туманность, видимая через оптический телескоп Хаббл, — пример плериона — туманности с ветром пульсара. Википедия
Недавно в Средиземном море детектором KM3NeT зарегистрировано нейтрино с энергией, превышающей несколько петаэлектронвольт (PeV) — одно из самых высокоэнергетичных нейтрино, когда-либо зафиксированных. Это событие помогает уточнить источники космических нейтрино и их связь с экстремальными астрофизическими объектами, такими как активные ядра галактик и пульсарные ветры.
Новые исследования, представленные на 246-й встрече Американского астрономического общества, проливают свет на возможные места их рождения. Такими источниками астрофизики считают черные дыры, остатки сверхновых и области звездообразования.
Все эти экстремальные объекты производят не только космические лучи, состоящие в том числе из высокоэнергетичных протонов, но и нейтрино — почти невесомые частицы, которых в избытке не только во Вселенной, но и на Земле. Как замечает соавтор работы Шуо Чжан: «Около ста триллионов космических нейтрино из далеких источников, таких как черные дыры, проходят через ваше тело каждую секунду. Разве вам не интересно узнать, откуда они пришли?».
Природные ПеВатроны
Космические лучи настолько мощны, что могут разгонять протоны и электроны до энергий, недостижимых даже для самых современных земных ускорителей. Группа Чжан исследует эти космические ускорители — ПеВатроны (PeVatron), чтобы выяснить, где они расположены, как работают и почему способны придавать частицам столь огромные энергии. Это не только фундаментальный вопрос физики, но и ключ к пониманию эволюции галактик и природы темной материи.
Рентгеновское изображение недавно обнаруженного плериона, связанного с экстремальным галактическим источником космических лучей, полученное космическим телескопом XMM-Newton. XMM-Newton.
В первой из двух новых работ астрофизики с помощью рентгеновских данных телескопа XMM-Newton обнаружил, что один из кандидатов в ПеВатроны, открытый обсерваторией LHAASO, оказался так называемым плерионом — расширяющимся пузырем с релятивистскими электронами и позитронами, подпитываемыми энергией пульсара. Это один из немногих случаев, когда ученым удалось точно идентифицировать природу ПеВатрона.
Экспозиции Swift-XRT для J1928 (слева) и J1959 (справа), показывающие обнаруженный рентгеновский источник (зеленый кружок) и оптические обнаружения нагрузки (красные штриховые кружки), а также эллипс неопределенности LHAASO для J1959 (белый пунктир).
Во второй астрофизики использовали рентгеновский телескоп Swift для наблюдений за слабо изученными источниками космических лучей, обнаруженными LHAASO. Эта работа закладывает основу для будущих исследований и классификации подобных объектов. Как отмечает Чжан, создание каталога источников космических лучей с их классификацией необходима для будущих нейтринных обсерваторий и традиционных телескопов, позволяя глубже изучить механизмы ускорения частиц.
Команда планирует объединить данные нейтринной обсерватории IceCube с рентгеновскими и гамма-данными космических телескопов для выяснения, почему одни источники космических лучей испускают нейтрино, а другие — нет, и где именно рождаются эти частицы. «Эта работа потребует интенсивного сотрудничества между физиками и астрономами», — подчеркивает Чжан.