Подтверждено, что остаток звезды является источником экстремальных космических частиц

Астрономы давно искали места запуска одних из самых высокоэнергетических протонов в нашей галактике. Теперь исследование с использованием 12-летних данных космического гамма-телескопа НАСА "Ферми" подтверждает, что один остаток сверхновой является именно таким местом.

Об этом рассказывают в НАСА, передают OstanniPodii.com.

"Ферми" показал, что ударные волны от взорвавшихся звезд разгоняют частицы до скоростей, сравнимых со скоростью света. Эти частицы, называемые космическими лучами, в основном имеют форму протонов, но могут включать атомные ядра и электроны. Поскольку все они несут электрический заряд, их пути становятся запутанными, когда они проносятся сквозь магнитное поле нашей галактики. Поскольку мы больше не можем сказать, откуда они происходят, это маскирует их место рождения. Но когда эти частицы сталкиваются с межзвездным газом вблизи остатка сверхновой, они производят красноречивое свечение в гамма диапазоне — наиболее высокоэнергетический свет.

«Теоретики считают, что протоны космических лучей в Млечном Пути достигают энергий в миллион миллиардов электронвольт, или ПеВ», - говорит Ке Фанг, доцент физики Висконсинского университета в Мэдисоне. «Точную природу их источников, которые мы называем певатронами, было трудно определить».

Попадая в ловушку хаотических магнитных полей, частицы неоднократно пересекают ударную волну сверхновой, набирая скорость и энергию с каждым проходом. В конце концов, остаток больше не может их удерживать, и они мчатся в межзвездное пространство.

Усиленные до энергии, что в 10 раз превышает энергию мощнейшего в мире ускорителя частиц — Большого адронного коллайдера — ПеВ-протоны находятся на пороге того, чтобы полностью покинуть нашу галактику.

Астрономы идентифицировали несколько предполагаемых певатронов, из которых один в центре нашей галактики. Конечно, остатки сверхновых возглавляют список кандидатов. Однако из примерно 300 известных остатков лишь некоторые излучают гамма-лучи с достаточно высокой энергией.

Один конкретный звездный остаток привлек к себе большое внимание гамма-астрономов. Кометообразное облако под названием G106.3+2.7 расположено на расстоянии около 2600 световых лет в созвездии Цефея. На северном конце остатка сверхновой находится яркий пульсар, и астрономы считают, что оба объекта образовались в результате одного взрыва.

"Телескоп большой плоскости", основной инструмент обсерватории Ферми, обнаружил гамма-лучи с энергией миллиард электронвольт (ГеВ) внутры вытянутого хвоста остатка (для сравнения, энергия видимого света составляет от 2 до 3 электронвольт). "Система массивов телескопов для формирования изображений с помощью очень энергичного излучения" (VERITAS) в обсерватории Фреда Лоренса Уиппла в южной Аризоне зарегистрировала еще более высокоэнергетические гамма-лучи из того же региона. И "Высотная водяная обсерватория черенковских гамма-лучей" в Мексике, и "Тибетский AS-гамма эксперимент" в Китае зафиксировали фотоны с энергией 100 триллионов электрон-вольт (ТеВ) из области, исследованной Ферми и VERITAS.

«Этот объект уже давно вызывает большой интерес, но для того, чтобы назвать его певатроном, мы должны доказать, что он ускоряет протоны», - объяснил соавтор работы Хенрике Флейшхак из Католического университета Америки в Вашингтоне и Центра космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелти, штат Мэриленд. «Загвоздка в том, что электроны, ускоренные до нескольких сотен ТеВ, могут производить такое же излучение. Теперь, с помощью 12-летних данных Ферми, мы считаем, что доказали, что G106.3+2.7 действительно является певатроном».

Статья с описанием полученных результатов, возглавляемая Фангой, опубликована 10 августа в журнале Physical Review Letters.

Пульсар J2229+6114 испускает собственные гамма-лучи как маяк по мере своего вращения, и это свечение доминирует в области до энергий в несколько ГэВ. Большинство этого излучения происходит в первой половине вращения пульсара. Команда эффективно исключила пульсар, анализируя только гамма-лучи, поступающие из последней части цикла. Ниже 10 ГэВ нет значительного излучения от остатка хвоста.

Выше этой энергии интерференция пульсара незначительна, а дополнительный источник становится очевидным. Подробный анализ, проведенный командой, в подавляющем большинстве случаев свидетельствует в пользу того, что частицами, вызывающими это гамма-излучение, являются ПеВ-протоны.

Наблюдения с помощью "Ферми" (пурпурный и розовый цвета) подтверждают, что остаток сверхновой под названием G106.3+2.7 ответственен за ускорение некоторых самых энергетических протонов в нашей галактике. На этом многоволновом изображении радиоизлучение остатка имеет синий и зеленый цвета, а желтый, оранжевый и красный цвета показывают радиоволны от огромного облака межзвездного газа. В центре розовая область показывает, где протоны, усиленные ударной сверхновой волной, ударяются о газ, излучая характерное свечение гамма-лучей. Двенадцатилетние данные "Ферми" сыграли решающую роль в идентификации частиц в виде протонов. Credit: Jayanne English (University of Manitoba), NASA/Fermi/Fang et al. 2022, and Canadian Galactic Plane Survey/DRAO/FCRAO

«Пока-что G106.3+2.7 уникален, но он может оказаться самым ярким представителем новой популяции остатков сверхновых, которые испускают гамма-лучи, достигающие ТеВ энергии», - отмечает Фанг. «Больше таких остатков может быть обнаружено в ходе будущих наблюдений с помощью обсерватории Ферми и обсерваторий очень высоких энергий гамма-излучения».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.