Підтверджено, що залишок від зірки є джерелом екстремальних космічних частинок

Астрономи давно шукали місця запуску одних з найбільш високоенергетичних протонів у нашій галактиці. Тепер дослідження з використанням 12-річних даних космічного гамма-телескопа НАСА "Фермі" підтверджує, що один залишок наднової є саме таким місцем.

Про це розповідають в НАСА, передають OstanniPodii.com.

"Фермі" показав, що ударні хвилі після вибуху зірок розганяють частинки до швидкостей, порівнянних зі швидкістю світла. Звані космічними променями, ці частинки в основному мають форму протонів, але можуть включати атомні ядра та електрони. З причини того, що всі вони несуть електричний заряд, їх шляхи стають заплутаними, коли вони проносяться крізь магнітне поле нашої галактики. Оскільки ми більше не можемо сказати, звідки вони походять, це маскує їх місце народження. Але коли ці частинки стикаються з міжзоряним газом поблизу залишку наднової, вони виробляють красномовне світіння в гамма діапазоні — найбільш високоенергетичне світло.

“Теоретики вважають, що протони космічних променів у Чумацькому Шляху сягають енергій в мільйон мільярдів електронвольт, або ПеВ”, - каже Ке Фанг, доцент фізики Вісконсинського університету в Медісоні. “Точну природу їхніх джерел, які ми називаємо певатронами, було важко визначити”.

Потрапляючи в пастку хаотичних магнітних полів, частки неодноразово перетинають ударну хвилю наднової, набираючи швидкість та енергію з кожним проходом. Зрештою, залишок більше не може їх утримувати, і вони мчать у міжзоряний простір.

Посилені до енергії, що у 10 разів перевищує енергію найпотужнішого у світі прискорювача частинок — Великого адронного колайдера — ПеВ-протони знаходяться на порозі того, щоб повністю покинути нашу галактику.

Астрономи ідентифікували кілька передбачуваних певатронів, у тому числі один у центрі нашої галактики. Звичайно, залишки наднових очолюють список кандидатів. Однак приблизно з 300 відомих залишків лише деякі випромінюють гамма-промені з достатньо високою енергією.

Один конкретний зоряний залишок привернув до себе велику увагу гамма-астрономів. Кометоподібна хмара під назвою G106.3+2.7 розташована на відстані близько 2 600 світлових років у сузір'ї Цефея. На північному кінці залишку наднової знаходиться яскравий пульсар, і астрономи вважають, що обидва об'єкти утворилися в результаті одного вибуху.

"Телескоп великої площини", основний інструмент обсерваторії Фермі, виявив гамма-промені з енергією мільярд електронвольт (ГеВ) зсередини витягнутого хвоста залишку (для порівняння, енергія видимого світла становить від 2 до 3 електронвольт). "Система масивів телескопів для формування зображень за допомогою дуже енергійного випромінювання" (VERITAS) в обсерваторії Фреда Лоренса Уіппла в південній Аризоні зареєструвала ще більш високоенергетичні гамма-промені з того ж таки регіону. І "Висотна водяна обсерваторія черенковських гамма-променів" в Мексиці, і "Тибетський AS-гама експеримент" у Китаї зафіксували фотони з енергією 100 трильйонів електронвольт (ТеВ) з області, дослідженої Фермі та VERITAS.

“Цей об'єкт вже давно викликає великий інтерес, але для того, щоб назвати його певатроном, ми маємо довести, що він прискорює протони”, - пояснив співавтор роботи Хенріке Флейшхак з Католицького університету Америки у Вашингтоні та Центру космічних польотів НАСА імені Годдарда у Грінбелті, штат Мериленд. “Заковика в тому, що електрони, прискорені до кількох сотень ТеВ, можуть виробляти таке ж випромінювання. Тепер, за допомогою 12-річних даних Фермі, ми вважаємо, що довели, що G106.3+2.7 справді є певатроном”.

Статтю з описом отриманих результатів, під очолюванням Фанга, опубліковано 10 серпня в журналі Physical Review Letters.

Пульсар J2229+6114 випускає власні гамма-промені неначе маяк у міру свого обертання, і це світіння домінує в області до енергій у кілька ГеВ. Більшість цього випромінювання відбувається у першій половині обертання пульсара. Команда ефективно виключила пульсар, аналізуючи тільки гамма-промені, що надходять з останньої частини циклу. Нижче 10 ГеВ немає значного випромінювання від хвоста залишку.

Вище цієї енергії інтерференція пульсара незначна, а додаткове джерело стає очевидним. Детальний аналіз, проведений командою, у переважній більшості випадків свідчить на користь того, що частинками, що викликають це гамма-випромінювання, є ПеВ-протони.

Спостереження за допомогою “Фермі” (пурпуровий та рожевий кольори) підтверджують, що залишок наднової під назвою G106.3+2.7 відповідальний за прискорення деяких найенергетичніших протонів у нашій галактиці. На цьому багатохвильовому зображенні радіовипромінювання залишку має синій та зелений кольори, а жовтий, помаранчевий та червоний кольори показують радіохвилі від величезної хмари міжзоряного газу. У центрі рожева область показує, де протони, посилені ударною хвилею наднової, ударяються об газ, випромінюючи характерне світіння гамма-променів. Дванадцятирічні дані " Фермі " відіграли вирішальну роль в ідентифікації частинок як протонів. Credit: Jayanne English (University of Manitoba), NASA/Fermi/Fang et al. 2022, and Canadian Galactic Plane Survey/DRAO/FCRAO

“Поки що G106.3+2.7 унікальний, але він може виявитися найяскравішим представником нової популяції залишків наднових, які випускають гамма-промені, що досягають енергії ТеВ”, - зазначає Фанг. “Більше таких залишків може бути виявлено в ході майбутніх спостережень за допомогою обсерваторії Фермі та обсерваторій дуже високих енергій гамма-випромінювання”.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.