Чрезвычайно мощные космические частицы, обнаруженные в ходе «захватывающего» открытия

Это космические ускорители в нашей галактике, которые ускоряют частицы до энергий порядка петаэлектронвольт. Их изучение позволит понять, что это за объекты и какие физические процессы лежат в их основе.

Космические лучи и пэВатроны: научная основа

Физикам уже более ста лет известно о существовании космических лучей — частиц высоких энергий, источниками которых являются внеземные объекты.

Энергия таких частиц достигает огромных значений (до 10 ^{21 год} электрон-вольт — в сто миллионов раз больше, чем энергия частиц в Большом адронном коллайдере), но ученые до сих пор не могут с уверенностью сказать, какие космические объекты могут привести к такому ускорению.

Кандидатами в такие ускорители являются области рождения звезд, пульсары, остатки сверхновых и массивные черные дыры, но до сих пор не удалось однозначно связать конкретные космические объекты и космические лучи сверхвысокой энергии.

Особый интерес представляют космические лучи с энергиями порядка петаэлектронвольт: в этой точке энергетического спектра космических лучей есть так называемое «колено» — излом кривой этого спектра. Ученые связывают такой разрыв с различной природой космических лучей с более низкими и более высокими значениями энергии.

Частицы с энергией порядка петаэлектронвольта прибывают на Землю из космических ускорителей в пределах Млечного Пути. Именно гипотетические источники таких частиц и называются певатронами. Космические лучи с гораздо большей энергией, в свою очередь, могут достигать нас и из других галактик, поэтому их поток падает.

Тем не менее обнаружить певатроны в нашей Галактике до недавнего времени не удавалось. Центром Галактики был назван источник космических протонов с энергией до 0,04 петаэлектронвольта. в частности, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути.

Но определение источников заряженных частиц затруднено тем, что последние в процессе своего движения успевают отклониться от начальной траектории из-за сильных магнитных полей в космическом пространстве и вокруг своих источников.

В этом случае физикам помогают фотоны высоких энергий, которые должны образовываться при взаимодействии ускоренных протонов и других заряженных частиц с космической средой.

Такие гамма-кванты, в отличие от заряженных частиц, не отклоняются магнитным полем, а это означает, что положение их источника может определяться их направлением движения.

Физики уже зарегистрировали такое гамма-излучение с энергиями чуть выше 0,1 петаэлектронвольт, но исследование певатронов требует стабильной регистрации фотонов со значительно более высокими энергиями.

10 вещей, которые вы должны знать о недавно открытых певатронах

1. Главный научный сотрудник Чжэнь Цаовместе с коллегами представили результаты измерений в обсерватории LHAASO: ученым удалось зарегистрировать 530 фотонов с энергией от 0,1 до 1,4 петаэлектронвольта от 12 источников в пределах Млечного Пути.

2. Статистическая точность То, что каждый из 12 обнаруженных объектов является источником гамма-квантов с энергией более 0,1 петаэлектронвольт, оказалось более 7σ.

3. Максимальная энергия гамма-квантов. 1,42 ± 0,13 петаэлектровольт зафиксировано только для одного из источников; для остальных объектов это значение находится в диапазоне от 0,2 до 0,9 петаэлектронвольт.

4. Одним из источников оказалась Крабовидная туманность. — остаток взрыва сверхновой тысячи лет назад. Для обсерватории LHAASO эта туманность видна как точка на звездном небе, которая не перекрывается с подобными объектами в космосе. Благодаря этому ученые смогли уверенно назвать его источником регистрируемых гамма-квантов сверхвысоких энергий.

5. По оставшимся 11 объектам Авторы произведения не ставили перед собой задачу определить их характер. Тем не менее, расположение обнаруженных источников позволяет предположить, что это могут быть уже знакомые физикам ускорители протонов и электронов высоких энергий: пульсары, плерионы, остатки сверхновых и скопления молодых массивных звезд.

6. В частности, один из таких источников может находиться в области звездообразования, известной как «Лебединый кокон». В прошлом ученые регистрировали гамма-кванты сверхвысоких энергий в этой области.

7. Кроме того, ученые измерили энергетические спектры обнаруженных источников, что также поможет в изучении механизмов певатронов.

8. Полученные результаты. уже указывают на изобилие певатронов в пределах Млечного Пути, независимо от их природы.

9. В будущем пороговый поток излучения, необходимый обсерватории LHAASO для регистрации источника гамма-квантов сверхвысоких энергий, будет уменьшен как минимум на порядок.

10. Это означает что число обнаруженных певатронов будет быстро расти, и наблюдения за ними позволят физикам понять природу таких ускорителей космических лучей.

Подробнее об обсерватории LHAASO

Сама обсерватория была запущена в апреле 2019 года и предназначена для сверхчувствительной регистрации космических лучей и гамма-лучей высоких энергий.

Он расположен на высоте 4410 метров в китайской провинции Сычуань и включает в себя целый комплекс различных детекторов, предназначенных для регистрации продуктов взаимодействия космических частиц и земной атмосферы — атмосферных ливней.

Площадь установки достигает 1 квадратного километра, на котором равномерно расположены 5195 сцинтилляционных счетчиков и 1188 мюонных детекторов, а в центре которых расположены 3 водяных черенковских детектора общей площадью 78000 квадратных метров и 18 черенковских детекторов с широкой шириной. поле зрения.

Такая система детекторов позволяет достичь хорошего углового разрешения в одну треть угла и разрешения по энергии 20 процентов при энергии регистрируемых частиц 0,1 петаэлектронвольта.