Астрофизики близки к прорыву в разгадке происхождения космических лучей

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.

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.

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.