Необъяснимый сигнал гамма-излучения за пределами Млечного Пути озадачил ученых
Проанализировав данные с космического гамма-телескопа Fermi за 13 лет, команда астрономов обнаружила неожиданную и пока необъяснимую особенность за пределами нашей Галактики. Ученые уловили гораздо более мощный сигнал гамма-излучения, чем тот, который они искали первоначально — более того, он оказался в совершенно другой части неба, чем ожидалось. Не исключено, что сигнал может исходить от космических лучей, происхождение которых до сих пор остается одной из самых больших загадок в астрофизике.
Прежде всего, команду исследователей интересовал космический микроволновый фон (CMB), который является старейшим и самым далеким источником света. По словам ученых, он возник, когда горячая, расширяющаяся Вселенная остыла до состояния, достаточного для образования первых атомов. Это событие вызвало вспышку света, растянутого последующим расширением пространства за 13 миллиардов лет. Таким образом, CMB был впервые обнаружен в виде слабых микроволн по всему небу в 1965 году.
В 1970-х годах астрономы поняли, что CMB имеет так называемую дипольную структуру, которая позже была измерена с высокой точностью космической обсерваторией NASA под названием COBE. Оказалось, что CMB примерно на 0,12% горячее в направлении созвездия Льва (и имеет большее количество микроволн), и на столько же холоднее в противоположном направлении (с меньшим количеством микроволн).
Как правило, ученые рассматривают эту закономерность как результат движения Солнечной системы относительно реликтового излучения со скоростью около 370 км/с. Оно должно привести к появлению дипольного сигнала в свете, исходящем от любого астрофизического источника, но пока CMB — единственное излучение, которое было точно измерено. В этом смысле необходимо изучать закономерности в других формах света, чтобы подтвердить или оспорить идею о том, что диполь полностью обусловлен движением нашей Солнечной системы.
«Такое измерение важно, потому что расхождение с размером и направлением диполя реликтового излучения может дать нам представление о физических процессах, происходивших в самой ранней Вселенной, потенциально в те времена, когда ее возраст составлял менее триллионной доли секунды», — отметил соавтор исследования, профессор теоретической физики Университета Саламанки в Испании Фернандо Атрио-Барандела.
В рамках исследования команда объединила 13 лет наблюдений, проведенных телескопом Fermi, который предназначен для изучения больших областей космоса в диапазоне гамма-излучения. Речь шла, в частности, о гамма-лучах с энергией выше 3 млрд ГэВ; для сравнения, видимый свет имеет энергию от 2 до 3 ГэВ. Они также удалили все идентифицированные источники, очистив центральную плоскость Млечного Пути.
«Мы обнаружили гораздо более сильный сигнал и в другой части неба, чем тот, который мы искали. Это совершенно случайное открытие», — заявил космолог из Мэрилендского университета и Центра космических полетов Годдарда Александр Кашлинский, представивший результаты исследования на 243-м заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане. Научная статья была опубликована 10 января в журнале Astrophysical Journal Letters.
Как пояснил астрофизик из Католического университета Америки Крис Шрейдер, пик гамма-излучения был расположен в южной части неба, далеко от CMB, а его магнитуда была в 10 раз больше, чем предполагалось. «Хотя это не то, что мы искали, мы подозреваем, что это может быть связано с аналогичной особенностью, о которой сообщалось для космических лучей с самыми высокими энергиями», — подчеркнул он.
Космические лучи — это потоки заряженных частиц, в составе которых преобладают атомные ядра водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы). Их самый редкий тип — космические лучи сверхвысоких энергий (UHECR), которые несут энергию, более чем в миллиард раз превышающую энергию гамма-лучей с 3 ГэВ. В то же время их происхождение остается одной из самых больших загадок в астрофизике.
В 2017 году обсерватория Пьера Оже в Аргентине сообщила о наличии диполя в направлении прибытия UHECR. Оказалось, что он достиг своего максимума в той части неба, где команда Кашлинского обнаружила необъяснимый сигнал. Они оба имеют поразительно схожие величины — примерно на 7% больше гамма-лучей или частиц, чем в среднем поступает с одного направления и, соответственно, на 7% меньше, чем поступает с противоположного направления.
Астрофизики полагают, что эти два явления, скорее всего, связаны: неопознанные источники производят как гамма-лучи, так и частицы сверхвысоких энергий. Чтобы решить эту космическую головоломку, нужно либо найти эти таинственные источники, либо предложить альтернативные объяснения их свойствам.
