Разоблачена скрытая мощность маломассивных микроквазаров

Впервые найдены доказательства того, что даже микроквазары со звездой малой массы являются эффективными ускорителями частиц, что приводит к значительному влиянию на интерпретацию распространенности гамма-излучения во Вселенной.

Об этом рассказывают в Институте ядерной физики Общества Макса Планка (MPIK), передают OstanniPodii.com.

• Образование и ускорение космических лучей высокой энергии (заряженных частиц) все еще остается одной из самых больших загадок в физике астрочастиц.
• Очень эффективное ускорение космических частиц, похоже, происходит в джетах микроквазаров. Однако до сих пор это наблюдалось лишь в редких системах микроквазаров большой массы.
• Теперь исследователи впервые нашли доказательства ускорения частиц в гораздо более распространенных системах с низкими массами, что имеет значительные последствия для оценки вклада микроквазаров как группы в содержание космических лучей в нашей галактике.

Наша родная планета постоянно бомбардируется частицами из космоса. И хотя в основном мы знакомы с каменистыми метеоритами, которые происходят из нашей Солнечной системы и создают чарующее падение звезд на ночном небе, но именно мельчайшие частицы помогают ученым понять природу Вселенной. Субатомные частицы, такие как электроны или протоны, прибывающие из межзвездного пространства и из-за него, являются одними из самых быстрых частиц, известных во Вселенной, и называются космическими лучами.

Происхождение и механизмы ускорения самых энергичных из этих космических частиц остаются одной из самых больших загадок в астрофизике. Быстрые потоки материи (или "джеты"), вылетающие от черных дыр, были бы идеальным местом для ускорения частиц, но детали того, как и при каких условиях могут происходить процессы ускорения, остаются непонятными.

Самые мощные джеты в нашей галактике возникают в микроквазарах: системах, состоящих из черной дыры звездной массы и "нормальной" звезды. Они вращаются друг вокруг друга, и когда они сближаются, черная дыра начинает медленно поглощать своего компаньона. Вследствие этого из области, близкой к черной дыре, вылетают джеты.

В последние несколько лет появляется все больше доказательств того, что джеты микроквазаров являются эффективными ускорителями частиц. Однако непонятно, какой вклад они, как группа, вносят в общее количество космических лучей в галактике. Ответ на этот вопрос требует понимания того, все ли микроквазары способны ускорять частицы или только некоторые из них.

Микроквазары обычно классифицируют в зависимости от массы звезды в системе на "низкомассивные" и "высокомассивные", причем низкомассивные системы гораздо более распространены. Однако до сих пор доказательства ускорения частиц были найдены только для высокомассивных систем. Например, микроквазар SS 433, который недавно оказался одним из самых мощных ускорителей частиц в галактике, содержит звезду, масса которой примерно в десять раз превышает массу Солнца.

Ранее считалось, что микроквазары с малой массой недостаточно мощные, чтобы производить гамма-излучение. Исследователи из немецкого MPIK и Университета Триеста в Италии сделали открытие, которое пошатнуло эту парадигму. Они использовали 16-летние данные детектора Большого телескопа на борту спутника NASA "Ферми", чтобы обнаружить слабый гамма-сигнал, который соответствует положению GRS 1915+105, микроквазара со звездой меньше Солнца. Измерено, что энергия гамма-сигнала превышает 10 ГэВ, что указывает на то, что система может ускорять частицы до еще более высоких энергий.

Наблюдения свидетельствуют в пользу сценария, в котором протоны ускоряются в джетах, после чего вылетают и взаимодействуют с окружающим газом, образуя гамма-фотоны. В статье, опубликованной в Astrophysical Journal Letters, исследователи также используют данные 45-метрового радиотелескопа Нобеяма в Японии, которые указывают на то, что вокруг источника достаточно газового материала для этого сценария.

В MPIK отмечают: этот результат показывает, что даже микроквазары, которые содержат звезды малой массы, способны ускорять частицы. Поскольку это самый многочисленный класс, этот вывод имеет значительные последствия для оценки вклада микроквазаров как группы в содержание космических лучей в нашей галактике. Однако для дальнейшего выяснения того, почему некоторые системы ускоряют частицы эффективно, а другие -- нет, понадобится больше наблюдений и исследований в различных диапазонах длин волн.

• Черные дыры