Обнаружены гамма-лучи самой высокой энергии, когда-либо исходившие от пульсара — до 20 тераэлектронвольт
Ученые, использующие обсерваторию HESS в Намибии, обнаружили гамма-лучи самой высокой энергии, когда-либо исходившие от мертвой звезды, называемой пульсаром.
Энергия этих гамма-лучей достигала 20 тераэлектронвольт, что примерно в 10 триллионов раз превышает энергию видимого света. Это наблюдение трудно согласовать с теорией образования таких импульсных гамма-лучей, сообщает международная группа в журнале Nature Astronomy.
Пульсары — это остатки звезд, которые взорвались в виде сверхновой. Взрывы оставили после себя крошечную мертвую звезду диаметром всего около 20 километров, вращающуюся чрезвычайно быстро и наделенную огромным магнитным полем.
«Эти мертвые звезды почти полностью состоят из нейтронов и невероятно плотны: чайная ложка их материала имеет массу более пяти миллиардов тонн, или примерно в 900 раз больше массы Великой пирамиды в Гизе», — объясняет ученый HESS Эмма Вильхельми.
Пульсары испускают вращающиеся лучи электромагнитного излучения, они похожи на космические маяки. Если их луч пройдет через Солнечную систему, мы увидим вспышки через регулярные промежутки времени. Эти вспышки, называемые также импульсами излучения, можно искать в разных энергетических диапазонах электромагнитного спектра.
Ученые полагают, что источником этого излучения являются быстрые электроны, которые рождаются и ускоряются в магнитосфере пульсара, путешествуя к его периферии. Магнитосфера состоит из плазмы и электромагнитных полей, которые окружают мертвую звезду и вращаются вместе с ней.
«Во время своего путешествия электроны приобретают энергию и выделяют ее в виде наблюдаемых лучей излучения», — говорит Бронек Рудак из Астрономического центра Николая Коперника (CAMK PAN), который является соавтором работы.
Пульсар Vela, расположенный в южном созвездии Паруса на расстоянии 1000 световых лет от нас, является самым ярким пульсаром в радиодиапазоне электромагнитного спектра и самым ярким постоянным источником космических гамма-лучей в гигаэлектронвольтном (ГэВ) диапазоне.
Он вращается примерно одиннадцать раз в секунду. Однако при энергии выше нескольких ГэВ его излучение резко прекращается, предположительно потому, что электроны достигают конца магнитосферы пульсара и покидают ее.
Но это еще не все: при подробных наблюдениях с помощью HESS был обнаружен новый компонент излучения с еще более высокими энергиями — до десятков тераэлектронвольт (ТэВ).
«Это примерно в 200 раз более энергично, чем все излучение, когда-либо обнаруженное от этого объекта», — говорит соавтор исследования Кристо Вентер. Эта очень высокоэнергетическая компонента появляется в тех же фазовых интервалах, что и наблюдаемая в диапазоне ГэВ. Однако, чтобы достичь этих энергий, электронам, возможно, придется путешествовать даже дальше, чем магнитосфера, при этом структура вращательного излучения должна оставаться неизменной.
«Этот результат бросает вызов нашим предыдущим знаниям о пульсарах и требует переосмысления того, как работают эти естественные ускорители», — говорят ученые.
«Традиционная схема, согласно которой частицы ускоряются вдоль силовых линий магнитного поля внутри или немного за пределами магнитосферы, не может в достаточной степени объяснить наши наблюдения. Возможно, мы наблюдаем ускорение частиц посредством так называемого процесса магнитного пересоединения за пределами светового цилиндра, который до сих пор каким-то образом сохраняет структуру вращения? Но даже этот сценарий сталкивается с трудностями при объяснении того, как возникает такое экстремальное излучение».
Каким бы ни было объяснение, наряду с другими его превосходными степенями, пульсар Vela теперь официально удерживает рекорд как пульсар с гамма-лучами самой высокой энергии, обнаруженными на сегодняшний день.
«Эта работа дает новое окно наблюдения для обнаружения других пульсаров в диапазоне десятков тераэлектронвольт с помощью нынешних и будущих более чувствительных гамма-телескопов, тем самым открывая путь к лучшему пониманию процессов экстремального ускорения в сильно намагниченных астрофизических объектах», — говорят астрономы.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.