Земля купается в высокоэнергетических частицах. Известные как космические лучи, большинство из них - протоны, падающие на нас почти со скоростью света. К счастью, атмосфера защищает нас от любого значительного вреда, хотя частицы могут ударять с такой энергией, что создают ливень из частиц более низкой энергии, которые достигают поверхности Земли. Именно так мы можем обнаружить большинство космических лучей.
Мы не совсем понимаем, что именно так сильно ускоряет эти частицы. Есть явления, которые могут это сделать. Близлежащие сверхновые могут генерировать космические лучи низких энергий, но происхождение космических лучей самых высоких энергий менее понятно. Одним из явных источников являются квазары. Эти далекие маяки питаются от сверхмассивных черных дыр, которые могут генерировать огромные струи релятивистских частиц. Даже за миллиарды световых лет эти частицы могут поразить Землю с невероятной энергией. Но проблема в том, что количество частиц, которые квазары посылают в нашу сторону, недостаточно для того, чтобы учесть количество космических лучей, которые мы наблюдаем. Значит, должен быть и другой источник.
Самая очевидная возможность - это так называемые микроквазары. Это именно то, на что они похожи. В то время как квазары питаются от сверхмассивных черных дыр в сердце далеких галактик, микроквазары питаются от черных дыр звездной массы в нашей собственной галактике. Хотя они крошечные по сравнению с квазарами, их структура очень похожа: вокруг них находится аккреционный диск из материала, а от их полюсов отходят высокоэнергетические струи. Микроквазары настолько похожи на своих крупных собратьев, что астрономы могут изучать их, чтобы лучше понять эволюцию квазаров.
Не все черные дыры звездной массы являются микроквазарами. Обычные квазары создают джеты, захватывая материал из окружающей их галактики, но микроквазарам нужна звезда-компаньон, из которой они могут черпать материал. Количество энергии, которое может произвести микроквазар, зависит от доступного материала, поэтому микроквазары часто классифицируют по массе их звезды-компаньона. У высокомассивных микроквазаров масса спутника черной дыры в несколько раз превышает массу Солнца, что дает достаточно материала для ускорения. Микроквазары с низкой массой имеют небольшие звезды-компаньоны и поэтому, как правило, менее энергичны. Один из самых энергичных микроквазаров - SS 433, где масса компаньона черной дыры в десять раз превышает массу Солнца.
Поскольку звезды большой массы встречаются гораздо реже, чем звезды малой массы, микроквазары большой массы редки по сравнению с микроквазарами малой массы. Таким образом, микроквазаров большой массы недостаточно, чтобы объяснить все космические лучи, которые мы обнаруживаем на Земле. Но новое исследование показывает, что это может быть не проблемой, поскольку микроквазары с низкой массой также могут производить космические лучи.
В этом исследовании команда изучала микроквазар, известный как GRS 1915+105. Это черная дыра звездной массы со звездой-компаньоном менее массивной, чем Солнце, поэтому она не должна быть достаточно большой, чтобы производить космические лучи. Однако, используя данные со спутника Fermi, команда обнаружила источник гамма-излучения из того же места. Источник гамма-излучения слабый, поэтому для его подтверждения команда использовала данные за 16 лет. Они обнаружили, что некоторые из гамма-лучей имеют энергию более 10 ГэВ, что является довольно сильным ударом. Вероятно, гамма-лучи образуются, когда протоны, ускоренные микроквазаром, ударяются о межзвездный газ, генерируя высокоэнергетические фотоны. Чтобы это сработало, протоны джетов микроквазара должны иметь энергию выше 10 ГэВ. Таким образом, они попадают в энергетический диапазон высокоэнергетических космических лучей.
Хотя данное исследование показывает, что маломассивные микроквазары могут производить высокоэнергетические космические лучи, оно не решает вопроса о том, позволит ли это решить загадку их источника. Некоторые микроквазары малой массы не производят космических лучей, поэтому потребуются дополнительные исследования, чтобы определить, почему одни микроквазары столь энергичны, а другие - нет.