Окрестности сверхновых прояснили происхождение космических лучей

Феномен космических лучей известен довольно давно. Элементарные частицы и ядра атомов, движущиеся с высокими энергиями в космическом пространстве, регистрировались ещё в начале XX века, хотя на строгое доказательство их космической природы ушли долгие годы. Состоят они на ~90% из протонов, на 7% — из ядер гелия, около 1% составляют более тяжёлые элементы, а ещё около 1% приходится на электроны.

Откуда они берутся? Считалось, что поскольку в районах их возникновения должно быть сильное гамма-излучение, то, отслеживая его источники, можно надёжно установить и происхождение этих лучей. Однако гамма-кванты, возникающие при столкновении протонов космических лучей, оказалось весьма сложно отличить от гамма-квантов из других источников.

Остатки сверхновой W44 взаимодействуют с облаком, образованным его родительской звездой. Гамма-лучи, возникающие при взаимодействии космических лучей с газом, показаны пурпурным. (Фото NASA, DOE, Fermi LAT Collaboration, NRAO, AUI, JPL-Caltech.)

Международная группа исследователей во главе со Стефаном Фанком (Stefan Funk), астрофизиком из Института космологии и астрофизики частиц имени Кавли (США), смогла впервые достоверно связать происхождение космических лучей высоких энергий со сверхновыми.

С помощью космического гамма-телескопа «Ферми» учёные наблюдали за спектром энергий излучения, исходящего от остатков сверхновых IC 443 и W44. Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том, что в нижней части спектра гамма-излучения есть характерный провал. Как полагают авторы работы, он возник в результате распада нейтральных пионов. Нейтральные пионы считаются весьма короткоживущими частицами, которые возникают именно при столкновении протонов космических лучей с протонами внутри остатка сверхновой, на границе двух сред.

То, что осталось от сверхновой IC 443 (она же Туманность Медуза). Гамма-излучение выделено пурпурным, видимый диапазон — жёлтым, ИК — голубым. (Фото NASA, DOE, Fermi LAT Collaboration, NOAO, AURA, NSF, JPL-Caltech, UCLA.)

При распаде пионов и продуцируется то гамма-излучение, которое зарегистрировал «Ферми».

Как отмечают стэнфордцы, им удалось впервые выяснить, что именно генерирует такое гамма-излучение. До сих пор не было ясно, служат ли его источником электроны или протоны, потому что генерируемое теми и другими гамма-излучение сложно по спектру. Однако в данном случае гипотеза электронов не получила наблюдательного подтверждения — а значит, источником зафиксированного гамма-излучения такого рода следует считать именно протоны.

Отчёт об исследовании опубликован в свежем (от 15 февраля) выпуске журнале Science.



Подготовлено по материалам НАСА.

Каждый день слушайте итоговый подкаст Свободного Радио «Компьюлента»!

blog comments powered by Disqus