Cлияния звезд порождают частицы с самой высокой энергией во Вселенной

Космические лучи сверхвысокой энергии (Ultrahigh Energy Cosmic Rays, UHECRs) остаются одной из самых загадочных тем в астрофизике на протяжении последних 60 лет.

Эти частицы обладают энергиями, в миллион раз превышающими те, что могут быть достигнуты в искусственных ускорителях, но их происхождение до сих пор не получило удовлетворительного объяснения.

Однако новая теория, предложенная физиком Гленнис Фаррар из Нью-Йоркского университета, предлагает потенциально революционное объяснение их возникновения.

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Physical Review Letters, UHECRs ускоряются в турбулентных магнитных потоках, возникающих при слиянии двойных нейтронных звезд. Этот процесс происходит до формирования окончательной черной дыры и сопровождается мощными гравитационными волнами, некоторые из которых уже зафиксированы коллаборацией LIGO-Virgo.

Теория Фаррара впервые объясняет две ключевые особенности UHECRs: тесную корреляцию между их энергией и электрическим зарядом, а также экстремально высокие энергии, наблюдаемые в некоторых событиях.

Кроме того, из анализа следует, что самые высокоэнергетические UHECRs могут происходить из редких элементов, образующихся в результате r-процесса, таких как ксенон и теллур. Это открывает новые возможности для поиска соответствующих сигналов в данных наблюдений.

Еще одним важным следствием теории является предсказание, что нейтрино чрезвычайно высокой энергии, возникающие при столкновениях UHECRs, должны сопровождаться гравитационными волнами от слияния нейтронных звезд. Это создает основу для будущих экспериментов, которые могут подтвердить или опровергнуть предложенную модель.

Таким образом, новая работа не только предлагает новое объяснение происхождения UHECRs, но и связывает их с одними из самых катастрофических и энергетически мощных событий во Вселенной, такими как слияние нейтронных звезд, которые также ответственны за образование тяжелых элементов, включая золото и платину.