Ученые впервые показали возможную связь «колена» в спектре космических лучей с микроквазарами
Обсерватория LHAASO в Китае зафиксировала гамма-излучение ультравысоких энергий от нескольких микроквазаров — систем, где черная дыра поглощает вещество звезды-компаньона и выбрасывает струи плазмы. Наблюдения указывают, что такие объекты могут разгонять протоны до энергий выше 1 ПэВ (петаэлектронвольт) — достаточно, чтобы объяснить происхождение космических лучей с так называемым «коленом» в спектре.
Космические лучи — это поток частиц (в основном протонов), которые непрерывно прилетают на Землю из космоса. У каждой частицы можно измерить энергию — грубо говоря, как быстро она летит и насколько сильно она способна взаимодействовать с веществом, когда влетает в атмосферу Земли. Для самых экстремальных частиц используют единицы вроде ПэВ (петаэлектронвольт, это один квадриллион электронвольт). Это энергии, которые на Земле почти недостижимы даже в самых больших ускорителях.
Если измерить, сколько частиц приходит при разных энергиях, получится кривая: много низкоэнергичных, мало высокоэнергичных. В области около 3 ПэВ эта кривая вдруг резко меняется: поток начинает падать быстрее. На графике это выглядит как излом — собственно, «колено».
Почему этот излом вообще важен? Он показывает, что часть источников космических лучей достигает своего максимума. Ниже 3 ПэВ основную роль играют одни объекты, но выше — они уже не тянут. Значит, на больших энергиях начинают работать другие, более мощные ускорители. С 1950-х считалось, что таким ускорителем должна быть ударная волна от взрыва сверхновой. Но расчеты показывали: ее мощности, скорее всего, хватает только до примерно одного петаэлектронвольта. А «колено» — на трех. Из-за этого десятилетиями оставался открытым простой вопрос: какие объекты разгоняют частицы до самых высоких энергий?
Новые данные LHAASO показывают, что микроквазары могут быть такими источниками. Они не только достигают нужных энергий, но и оставляют характерный след — гамма-излучение, возникающее при столкновениях ускоренных протонов с межзвездным газом.
Главную роль сыграл объект SS 433: гамма-излучение от него падает на облако водорода поблизости — это признак того, что ускоренные протоны действительно врезаются в окружающий газ. Похожие, хоть и менее однозначные сигналы обнаружены у V4641 Sgr и еще ряда систем.
Это стало возможным благодаря новой методике LHAASO, которая позволяет уверенно отделять протоны от других частиц — раньше так измерять просто не умели. Сравнив свои данные с результатами спутников AMS‑02 и DAMPE, ученые показали: в ПэВ‑диапазоне космические лучи устроены намного сложнее, чем казалось, и приходят от разных типов источников, каждый со своим потолком ускорения.
В этом материале рассказываем про пульсары, и чем они отличаются от квазаров.
Фото LHAASO Collaboration
Самое популярное
