Открытие LHAASO: двойная система LS I +61° 303 оказалась источником гамма-лучей рекордной энергии

Китайские исследователи из Института физики высоких энергий при Китайской академии наук совместно с коллегами из Шанхайской астрономической обсерватории и других учреждений впервые обнаружили ультравысокоэнергетические гамма-лучи с энергией свыше 100 триллионов электрон-вольт от двойной системы LS I +61° 303. Это открытие ставит под сомнение существующие теории ускорения частиц в экстремальных астрофизических условиях.

Ученые из Обсерватории по изучению гамма-лучей (LHAASO) совершили прорыв в исследовании экстремальной Вселенной. Коллаборация LHAASO впервые зарегистрировала гамма-лучи ультравысоких энергий, превышающих 100 триллионов электрон-вольт, от гамма-двойной системы LS I +61° 303. Это открытие бросает вызов существующим моделям ускорения частиц в самых суровых астрофизических условиях.

Происхождение космических лучей высоких энергий, представляющих собой заряженные частицы, приходящие из космоса, остается «вековой загадкой» астрофизики. Поиск экстремальных ускорителей частиц, способных разгонять их до петаэлектрон-вольтных уровней, является ключом к решению этой проблемы.

Двойные гамма-системы, состоящие из массивной звезды и компактного объекта – нейтронной звезды или черной дыры звездной массы, рассматриваются как потенциальные ускорители космических лучей и служат естественными лабораториями для экстремальной физики. Тем не менее лишь у немногих двойных систем обнаружено излучение гамма-лучей очень высоких энергий. Классическая гамма-двойная система LS I +61° 303 ранее изучалась при энергиях вплоть до примерно 10 ТэВ, и ученые не знали, способна ли она ускорять частицы до более высоких энергий.

Благодаря исключительной чувствительности и широкому энергетическому диапазону LHAASO, коллаборации удалось измерить энергетический спектр системы LS I +61° 303 вплоть до 200 ТэВ, что подтвердило ее принадлежность к классу ультравысокоэнергетических гамма-двойных систем. Более того, было обнаружено, что поток гамма-лучей от системы меняется с ее орбитальным периодом, составляющим около 26,5 суток. Эта «орбитальная модуляция» демонстрирует четкую энергетическую зависимость, что указывает на сложные внутренние физические процессы.

В двойных системах сильное магнитное поле приводит к быстрым потерям энергии высокоэнергетическими электронами за счет синхротронного излучения, что препятствует ускорению электронов до ультравысоких энергий.

Обнаруженные фотоны с энергией выше 100 ТэВ служат весомым аргументом в пользу того, что в определенные орбитальные фазы системы происходит ускорение высокоэнергетических протонов, которые затем сталкиваются с плотным окружающим звездным ветром, порождая эти ультравысокоэнергетические гамма-лучи.

Как отмечают авторы исследования, это открытие указывает на то, что подобные двойные системы могут служить естественными ускорителями частиц до петаэлектрон-вольтных энергий.

Данное открытие предоставляет решающее доказательство того, что гамма-двойные системы, такие как LS I +61° 303, являются потенциальными «ПэВатронами» – источниками, способными разгонять космические лучи до энергий порядка петаэлектрон-вольт. Эта работа накладывает новые строгие ограничения на теоретические модели ускорения частиц и излучения в экстремальных астрономических средах, прокладывая путь для будущей «мультисигнальной астрономии», использующей как электромагнитные, так и неэлектромагнитные сигналы.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях