Космический коллайдер в созвездии Орла: астрономы нашли ускоритель частиц мощнее БАК

Международная команда астрофизиков под руководством Университета Хиросимы впервые достоверно определила природный ускоритель протонов во Млечном Пути, разгоняющий частицы до рекордных энергий. Исследователи обнаружили, что объект LHAASO J1912+1014u, ранее считавшийся остатком сверхновой, на самом деле является так называемым протонным певатроном — источником космических лучей с энергией свыше одного квадриллиона электронвольт. Результаты этой работы, основанные на объединении данных трех крупнейших обсерваторий, опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

Космические лучи, которые непрерывно пронизывают пространство между звездами, это в основном протоны, несущиеся с колоссальными скоростями. Их энергия настолько велика, что порой превосходит возможности самых мощных рукотворных установок, включая знаменитый Большой адронный коллайдер. Эти сверхбыстрые частицы играют важнейшую роль в астрофизике, поскольку они влияют на множество процессов в галактике, и до недавнего времени главный вопрос заключался в том, где именно природа создает такие экстремальные ускорители.

Теперь благодаря усилиям ученых из Хиросимского университета и их коллег из разных стран эта загадка частично раскрыта. Они проанализировали данные, собранные сразу с трех крупных обсерваторий — космического телескопа Fermi-LAT, рентгеновского телескопа Chandra и японского радиотелескопа из проекта FUGIN, а также привлекли информацию с наземных гамма-установок.

Такой комплексный подход позволил рассмотреть один из недавно открытых источников высокоэнергетического излучения под названием LHAASO J1912+1014u во всех деталях. Этот объект расположен в созвездии Орла, неподалеку от яркой звезды Альтаир, и изначально его причисляли к обычным остаткам взорвавшихся звезд. Однако новые наблюдения показали, что он способен разгонять протоны до энергий, превышающих порог в один петаэлектронвольт, что делает его уникальным природным певатроном.

Чтобы представить себе этот масштаб, полезно вспомнить, что энергия измеряется в электронвольтах — величине, которую получает один электрон при разности потенциалов в один вольт. Петаэлектронвольт это единица с пятнадцатью нулями, и достижение таких значений в космосе считается одним из самых захватывающих явлений современной науки.

Гамма-лучи, рождающиеся при взаимодействии ускоренных протонов с межзвездным газом, несут примерно десятую часть энергии исходных частиц, поэтому источники с излучением выше ста тераэлектронвольт давно привлекали внимание астрономов как возможные певатроны. Тем не менее прежние наблюдения не давали однозначного ответа: похожее излучение могли порождать и электроны, ускоренные до нескольких петаэлектронвольт, поэтому требовалось четкое различие.

Решающую роль сыграло именно совместное использование трех независимых наборов данных. Гамма-снимки Fermi-LAT в диапазоне гигаэлектронвольт показали, что излучение от LHAASO J1912+1014u плавно тянется от колоссальных энергий до гораздо более низких, причем такая картина практически исключает чисто электронное объяснение.

Кроме того, распределение гамма-квантов идеально совпало с картой межзвездного газа, полученной по радионаблюдениям проекта FUGIN, и это стало сильнейшим аргументом в пользу того, что мы имеем дело именно с протонами, сталкивающимися с атомами газа. А рентгеновские снимки обсерватории Chandra подтвердили, что диффузное свечение в этом месте крайне слабое, что окончательно отсекает альтернативные сценарии.

В результате исследователи не просто идентифицировали протонный певатрон, но и смогли описать свойства разогнанных частиц, что крайне важно для понимания механизмов работы подобных космических ускорителей. В нашей Галактике уже известно несколько десятков кандидатов в певатроны, и теперь ученые намерены применить ту же многоволновую стратегию для их детального изучения. Эта работа, построенная на тесной кооперации разных инструментов и стран, демонстрирует, как объединение усилий позволяет разобраться в самых сложных явлениях Вселенной.

В итоге астрофизики окончательно подтвердили, что источник LHAASO J1912+1014u является природным ускорителем протонов до петаэлектронвольтных энергий, а значит, вносит весомый вклад в наполнение нашей галактики сверхбыстрыми космическими лучами, а природа его пока остается предметом научных споров. Это открытие не только помогает понять происхождение самых энергичных частиц во Млечном Пути, но и дает ученым новый инструмент для исследования межзвездной среды и эволюции звездных остатков.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях