Остатки сверхновых «ПеВатроны» являются источниками экстремальных частиц
Объект SNR G106.3+2.7, остаток сверхновой, расположенный на расстоянии около 2600 световых лет в созвездии Цефея, производит протоны с энергией в 10 раз большей, чем самый мощный ускоритель частиц на Земле, Большой адронный коллайдер, согласно анализу за 12 лет данных гамма-излучения с космического гамма-телескопа Ферми.
Телескоп Ферми показал, что ударные волны взорвавшихся звезд разгоняют частицы до скоростей, сравнимых со скоростью света. Эти частицы, называемые космическими лучами, в основном состоят из протонов, но могут включать атомные ядра и электроны.
Поскольку все они несут электрический заряд, их пути становятся запутанными, когда они проносятся через магнитное поле нашей галактики. Поскольку ученые больше не могут сказать, откуда они произошли, это маскирует место их рождения. Но когда эти частицы сталкиваются с межзвездным газом вблизи остатка сверхновой, они производят контрольное свечение в гамма-лучах — свет с самой высокой энергией.
«Теоретики считают, что протоны космических лучей с самой высокой энергией в Млечном Пути достигают энергии в миллион миллиардов электрон-вольт или ПэВ», — сказал доктор Ке Фанг, физик из Висконсинского университета в Мэдисоне. «Точную природу их источников, которые мы называем PeVatrons (ПеВатроны), было трудно определить».
Астрономы идентифицировали несколько теоретических источников, в том числе один в центре нашей Галактики.
Естественно, остатки сверхновых возглавляют список кандидатов. Однако было обнаружено, что из примерно 300 известных остатков лишь немногие испускают гамма-лучи с достаточно высокими энергиями.
Один из лучших кандидатов — G106.3+2.7. Это облако в форме кометы находится на расстоянии около 2600 световых лет в созвездии Цефея. Яркий пульсар закрывает северный конец остатка сверхновой, и астрономы считают, что оба объекта образовались в результате одного взрыва.
Используя телескоп большой площади Ферми, астрономы обнаружили гамма-лучи мощностью в миллиарды электрон-вольт (ГэВ) из расширенного хвоста остатка.
Система телескопов с очень высокой энергией радиационной визуализации (VERITAS) в обсерватории Фреда Лоуренса Уиппла зафиксировала гамма-лучи еще более высокой энергии из того же региона.
И Высокогорная Черенковская гамма-обсерватория, и Тибетский AS-гамма-эксперимент зафиксировали фотоны с энергией 100 триллионов электрон-вольт (ТэВ) из области, исследованной Ферми и VERITAS.
«Этот объект уже некоторое время вызывает значительный интерес, но чтобы назвать его ПеВатроном, мы должны доказать, что он ускоряет протоны», — говорят ученые.
«Загвоздка в том, что электроны, ускоренные до нескольких сотен ТэВ, могут производить такое же излучение».
«Теперь, с помощью данных Fermi за 12 лет, мы думаем, что доказали, что SNR G106,3 + 2,7 действительно является ПеВатроном».
Пульсар, обозначенный как PSR J2229+6114 , во время вращения излучает собственные гамма-лучи в виде маяка, и это свечение преобладает в области до энергий в несколько ГэВ.
Большая часть этого излучения приходится на первую половину вращения пульсара.
Авторы эффективно «отключили» пульсар, проанализировав только гамма-лучи, приходящие из последней части цикла. Ниже 10 ГэВ существенного излучения в хвосте остатка не наблюдается.
Выше этой энергии интерференция пульсара незначительна, и дополнительный источник становится очевидным. Детальный анализ указывает на то, что протоны ПэВ являются частицами, вызывающими это гамма-излучение.
«Пока что SNR G106.3+2.7 уникален, но он может оказаться самым ярким членом новой популяции остатков сверхновых, испускающих гамма-лучи, достигающие энергий ТэВ», — говорят ученые.
«Больше их может быть обнаружено в ходе будущих наблюдений Ферми и гамма-обсерваторий очень высоких энергий».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.