Космические лучи — высокоэнергетические частицы, движущиеся почти со скоростью света — возникают где-то в нашей Галактике и за ее пределами, но с момента открытия в 1912 году их точный источник остается загадкой. На 246-й встрече Американского астрономического общества в Анкоридже ученые из Университета штата Мичиган (MSU) представили два исследования, которые, по их мнению, приближают человечество к разгадке вековой тайны.
Источниками этих высокоэнергетических, быстро движущихся частиц могут быть черные дыры, остатки сверхновых и области звездообразования. Известно, что эти экстремальные астрофизические явления также испускают нейтрино — крошечные, почти невесомые частицы, которые встречаются не только в глубинах космоса, но и на нашей планете.
«Космические лучи гораздо больше влияют на жизнь на Земле, чем можно представить. Около 100 триллионов космических нейтрино из далеких источников, таких как черные дыры, проходят через наше тело каждую секунду. Разве не интересно, откуда они берутся?» — говорит астрофизик Шуо Чжан.
Источники космических лучей настолько мощны, что могут разогнать протон или электрон до энергий, далеко превосходящих возможности самых современных ускорителей частиц, созданных человеком. Понимание природы этих космических коллайдеров, известных как певатроны (PeVatrons), поможет раскрыть фундаментальные вопросы физики, такие как эволюция галактик и природа темной материи.
Стивен ДиКерби и его коллеги из группы Чжан изучили загадочный кандидат в певатроны, обнаруженный Большой высокогорной обсерваторией атмосферных ливней (LHAASO), результатами чего поделились в The Astrophysical Journal. Используя данные рентгеновского телескопа XMM-Newton, они обнаружили туманность пульсарного ветра (плерион) — расширяющийся пузырь с релятивистскими электронами и позитронами, подпитываемый энергией от пульсара. Это открытие позволило отнести 1LHAASO J0343+5254u к источникам космических лучей сверхвысоких энергий типа плерионов — и стало одним из немногих случаев, когда ученые смогли определить природу певатронов.
Во второй работе для журнала Research Notes of the American Astronomical Society три студента бакалавриата MSU из группы Чжан использовали рентгеновский телескоп Swift для наблюдения за малоизученными источниками космических лучей, обнаруженными LHAASO. Они рассчитали верхние пределы рентгеновского излучения, и их результаты могут стать ориентиром для будущих исследований.
«Благодаря идентификации и классификации источников космических лучей наше исследование, надеюсь, позволит создать полный каталог таких источников с указанием их типа, — сказала ученая. — Это может стать основой для будущих нейтринных обсерваторий и традиционных телескопов, которые смогут глубже изучить механизмы ускорения частиц».
В дальнейшем команда Чжан планирует объединить данные нейтринной обсерватории IceCube с наблюдениями рентгеновских и гамма-телескопов, чтобы понять, почему одни источники космических лучей испускают нейтрино, а другие нет, а также где и как образуются нейтрино.
«Эта работа потребует сотрудничества физиков-ядерщиков и астрономов. Это идеальный проект для группы физики высоких энергий MSU», — подытожила Чжан.
Астрофизики сумели уловить самые мощные космические лучи за всю историю
В Средиземном море поймали рекордное нейтрино — самое энергичное из когда-либо обнаруженных
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram