Китайские астрономы нашли гигантский ускоритель частиц в космосе

Исследователи из обсерватории на юго-западе Китая заявили , что выявили существование сверхмощного космического ускорителя частиц – открытие, которое может коренным образом изменить представления о происхождении и источниках космических лучей в нашей Галактике.

Существование пузыреобразной структуры – размером примерно в 10 миллионов раз больше нашей Солнечной системы – может объяснить происхождение ультравысокоэнергетических гамма-лучей внутри Млечного Пути, в отличие от предыдущих теорий об их происхождении.

Согласно статье, опубликованной в рецензируемом научном журнале Science Bulletin, данная структура была зафиксирована в созвездии Лебедя с помощью китайской обсерватории Lhaaso. Один из авторов работы Цао Чжэн сказал, что «это первый идентифицированный сверхмощный ускоритель космических лучей».

Космические лучи — это заряженные частицы, которые движутся в космосе со скоростью, близкой к скорости света. Несмотря на то, что они были открыты более 100 лет назад, ученые до сих пор точно не знают, как формируются лучи, достигающие Земли, и откуда они берут свое начало.

Предыдущие энергетические спектры космических лучей показывали точку перегиба примерно на уровне энергии 1 петаэлектронвольт (ПэВ) – называемую «коленом» из-за ее формы на графиках. Считалось, что космические лучи с энергией ниже 1 ПэВ имеют происхождение внутри Млечного Пути, а лучи с энергией выше этой точки – внегалактическое.

Однако в 2020 году обсерватория Lhaaso зафиксировала высокоэнергетические фотоны, исходящие из созвездия Лебедя. Эти фотоны были порождены столкновениями с частицами космических лучей, имеющих энергию свыше 1 ПэВ.

Детальный анализ показал, что источником излучения является пузыреобразная структура, расположенная в области активного звездообразования в созвездии Лебедя. Эта область получила название Лебедь X. В структуре были обнаружены фотоны с энергиями от 1 ПэВ до рекордных 2,5 ПэВ. В центре пузыря находится массивное звёздное скопление Лебедь OB2. Оно содержит большое количество молодых горячих звёзд, температура поверхности некоторых превышает 35 000 градусов Цельсия. Предполагается, что именно это скопление является мощнейшим ускорителем частиц.

По мнению исследователей, ускоритель способен разгонять космические лучи в межзвёздном пространстве до энергии 10-25 ПэВ. Эти лучи сталкиваются с межзвёздным газом и порождают наблюдаемые фотоны с энергией 1 ПэВ и выше.

Цао Чжэн отметил, что интенсивность излучения звёзд в этом скоплении в сотни и миллионы раз выше, чем у Солнца. Вещество, выбрасываемое с поверхности звёзд под действием излучения, формирует высокоскоростные потоки, которые сталкиваются с межзвёздной средой. В результате образуется ускоритель частиц.

«После того, как ускоритель формируется, микроскопические частицы, доминируемые протонами, ускоряются до чрезвычайно высоких энергий – это и есть те космические лучи, которые мы наблюдаем на Земле», - сказал Цао.

Ученые установили корреляцию между газами вокруг пузыря и интенсивностью гамма-излучения, порождённого ускорением частиц. «Обоснованным предположением является то, что каждый источник космических лучей в нашей Галактике имеет такой пузырь или гало космических лучей», - написали они в статье.

Скорость диффузии космических лучей оказалась на 100 раз меньше ожидаемой, что и позволило ученым обнаружить этот пузырь. Цао Чжэн выразил надежду, что дальнейшие открытия помогут решить загадку происхождения космических лучей.