Terzan 5 раскрывает секреты космических лучей и магнитных полей; крупный прорыв в астрофизике

Происхождение космических лучей

Космические лучи – высокоэнергетические частицы, проносящиеся сквозь пространство почти со скоростью света, – давно интригуют ученых с момента их открытия австрийско-американским физиком Виктором Гессом в 1912 году. Наблюдения Гесса показали, что уровень радиации увеличивается с высотой над уровнем моря, даже во время солнечных затмений, что указывает на то, что эти лучи исходят из-за пределов земной атмосферы. Это открытие открыло новую главу в понимании источников радиации, отделив космические лучи от радиоактивных выбросов, обнаруженных на Земле.

Несмотря на то, что космические лучи были открыты более века назад, их точное происхождение и поведение остаются частично загадочными. Эти частицы, включающие в себя атомные ядра и элементарные частицы, такие как протоны и электроны, подвержены отклонению магнитными полями. Это явление затрудняет отслеживание их происхождения, поскольку их траектории становятся нестабильными, когда они сталкиваются с этими полями, подобно тому, как в старых мониторах с катодно-лучевой трубкой (КЛТ) магнитные поля использовались для направления электронов.

Огромные межзвездные магнитные поля постоянно колеблются, заставляя космические лучи рассеиваться в разных направлениях. В результате эти лучи не летят прямо от своих источников к Земле, а скорее разбегаются, создавая почти равномерное распределение космических лучей по небу. Хотя общее представление об этом уже сложилось, конкретные сведения о том, как быстро эти частицы меняют направление под воздействием магнитных колебаний, оставались неуловимыми – до сих пор.

Терзан 5

Терзан 5, шаровое скопление звезд вблизи галактического центра, сыграло важную роль в расширении наших знаний о космических лучах. Это скопление, содержащее большое количество миллисекундных пульсаров – сильно намагниченных, быстро вращающихся нейтронных звезд, – ускоряет космические лучи до экстремальных скоростей. Хотя из-за магнитных отклонений эти космические лучи не достигают Земли напрямую, об их присутствии можно судить по гамма-лучам, образующимся при столкновении космических лучей с фотонами звездного света. В отличие от космических лучей, гамма-лучи не подвержены влиянию магнитных полей и движутся к Земле по прямой линии.

Интригующим аспектом Терзана 5 является наблюдаемое смещение гамма-лучей от ожидаемого положения звезд скопления. Обнаруженное в 2011 году, это смещение озадачило астрономов, пока не появилось новое объяснение. В настоящее время Terzan 5 находится на быстрой и широкой орбите, которая периодически уносит его далеко от галактической плоскости. Когда скопление проносится через галактику со скоростью сотни километров в секунду, оно создает магнитный “хвост”, подобный хвосту кометы в солнечном ветре.

Путь Терзама 5 к Земле

Космические лучи, испускаемые Терзаном 5, сначала движутся вдоль этого магнитного хвоста. Поскольку хвост не направлен в сторону Земли, гамма-лучи, испускаемые этими космическими лучами, уходят от нашей прямой видимости. Однако из-за магнитных колебаний траектории этих космических лучей в конце концов смещаются, и некоторые из них начинают указывать на Землю. Этот процесс, занимающий около 30 лет, приводит к тому, что гамма-лучи кажутся смещенными от самого скопления, поскольку они исходят из области, удаленной примерно на 30 световых лет.

Это открытие позволило ученым впервые измерить время, необходимое магнитным флуктуациям для изменения направления космических лучей. Это измерение имеет решающее значение для проверки теорий о межзвездных магнитных полях и их флуктуациях, приближая исследователей к пониманию космического излучения, впервые обнаруженного более века назад Виктором Гессом. Через призму Терзана 5 астрофизики получили ценные сведения о динамических взаимодействиях между космическими лучами и магнитными полями нашей галактики, что знаменует собой значительное продвижение в области астрофизики.