Свежий анализ данных с детектора Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02), установленного на МКС, поставил под сомнение существующие модели происхождения и ускорения космических лучей, показав устойчивую структуру частиц, которая не объясняется текущими теориями астрофизики.
Космические лучи — это поток высокоэнергетических частиц, которые образуются в экстремальных астрофизических событиях, таких как взрывы сверхновых звёзд. Эти события выбрасывают в межзвёздное пространство элементы вплоть до железа, после чего частицы распространяются по галактике с околосветовыми скоростями и спустя миллионы лет достигают Земли.
Свежее исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, основано на длительных наблюдениях AMS-02 — спектрометра частиц, работающего в условиях открытого космоса на МКС более 13 лет. За это время прибор зарегистрировал порядка 230 триллионов событий взаимодействия космических лучей.
В отличие от электромагнитного излучения, космические лучи представляют собой именно частицы вещества — от водорода и гелия до редких тяжёлых элементов, включая железо, никель и цинк. Часть из них является первичными, то есть приходит напрямую из источников, другая — вторичными, образованными при столкновениях с межзвёздной средой.
Ключевая нерешённая проблема физики космических лучей связана с их скоростью: хотя взрывы сверхновых дают первоначальное ускорение, наблюдаемые частицы сохраняют энергию, близкую к скорости света, что указывает на наличие дополнительных механизмов ускорения в межзвёздном пространстве.
Анализ AMS-02 показал, что элементы в диапазоне от гелия до железа формируют четыре устойчивые группы. Первичные космические лучи разделяются на два класса: один включает гелий, углерод, кислород и железо, второй — неон, магний, кремний и серу. Вторичные лучи также образуют две группы: литий-бериллий-бор и фтор-фосфор-калий.
Особенно ценно в новых данных, что они включают ранее плохо измеренные элементы — фосфор, хлор, калий, аргон и кальций — с существенно более высокой точностью, чем в предыдущих экспериментах.
Полученная структура противоречит существующим моделям происхождения и распространения космических лучей. Высокая точность AMS-02 позволяет предположить, что в механизмах формирования и ускорения частиц остаются неучтённые физические процессы, связанные либо с межзвёздной средой, либо с нелокализованными источниками ускорения.
Дополнительно данные подтверждают связь между «чётными» и «нечётными» элементами и характером их распространения: стабильность ядер и способ их образования в звёздах влияет на то, как частицы ведут себя в межзвёздном пространстве.
Так, результаты AMS-02 проявили пробелы в понимании фундаментальных процессов в астрофизике. Прибор продолжает работу, новые накопленные данные станут источником новых уточнений в моделях происхождения материи во Вселенной.